Se você olhar para o espaço através de um telescópio, verá inúmeras galáxias, a maioria das quais contém grandes buracos negros centrais, bilhões de estrelas e seus planetas companheiros. O universo está cheio de objetos enormes e espetaculares, e parece que esses objetos massivos deveriam conter a maior parte da matéria do universo.
No entanto, a teoria do Big Bang prevê que cerca de 5% do conteúdo do Universo deveria ser constituído por átomos feitos de prótons, nêutrons e elétrons. A maioria desses átomos não é encontrada em estrelas e galáxias – uma discrepância que tem intrigado os astrônomos.
Se não for em estrelas e galáxias visíveis, o esconderijo mais provável para o material é o espaço escuro entre as galáxias. Embora o espaço seja frequentemente chamado de vácuo, ele não está completamente vazio. Partículas e átomos individuais estão espalhados por todo o espaço entre estrelas e galáxias, formando uma rede escura e filamentosa chamada “teia cósmica”.
Estudei esta teia cósmica ao longo da minha carreira como astrônomo e sei como é difícil explicar a matéria à medida que ela se espalha pelo espaço.
Num estudo publicado em junho de 2025, uma equipa de cientistas utilizou uma técnica de rádio única para completar um censo da matéria normal no Universo.
Inventário de matéria normal
O lugar mais óbvio para procurar matéria normal são as estrelas. A gravidade reúne estrelas em galáxias, e os astrônomos podem contar galáxias em todo o universo observável.
O censo abrange várias centenas de bilhões de galáxias, cada uma das quais consiste em várias centenas de bilhões de estrelas. Os números são incertos porque muitas estrelas se escondem além das galáxias. Isso é uma estimativa de 1023 estrelas no universo, que é centenas de vezes mais que o número de grãos de areia em todas as praias da Terra. Estima-se que existam 10 deles82 átomos do universo.
No entanto, este número colossal subestima em grande parte toda a matéria prevista pelo Big Bang. Cálculos cuidadosos mostram que as estrelas contêm apenas 0,5% da matéria do universo. Há provavelmente dez vezes mais átomos flutuando livremente no espaço. Apenas 0,03% da matéria consiste em outros elementos além do hidrogénio e do hélio, incluindo carbono e todos os blocos de construção da vida.
Olhando entre galáxias
O meio intergaláctico – o espaço entre as galáxias – é um vácuo quase completo, com densidade de um átomo por metro cúbico, ou um átomo para cada 35 pés cúbicos. Isso é menos de um bilionésimo de bilionésimo da densidade do ar na Terra. Mesmo nesta densidade muito baixa, este meio difuso é composto por muita matéria, considerando o enorme diâmetro do Universo de 92 mil milhões de anos-luz.
O meio intergaláctico é muito quente, com temperaturas que chegam a milhões de graus. Isto torna as observações difíceis, exceto com telescópios de raios X, porque o gás muito quente irradia através do Universo em comprimentos de onda de raios X muito curtos. Os telescópios de raios X têm sensibilidade limitada porque são menores que a maioria dos telescópios ópticos.
Implementando uma nova ferramenta
Os astrônomos usaram recentemente uma nova ferramenta para resolver o problema da matéria perdida. Explosões rápidas de rádio são explosões intensas de ondas de rádio que podem emitir tanta energia em um milissegundo quanto o Sol emite em três dias. Os cientistas descobriram pela primeira vez em 2007 que as explosões são causadas por remanescentes estelares compactos em galáxias distantes. Sua energia decai à medida que os flashes viajam pelo espaço e, quando a energia chega à Terra, é mil vezes mais fraca do que seria o sinal de um telefone celular se fosse emitido na Lua e depois detectado na Terra.
Uma pesquisa realizada no início de 2025 sugere que a fonte das explosões é a região altamente magnética em torno de uma estrela de nêutrons ultracompacta. As estrelas de nêutrons são remanescentes extremamente densos de estrelas massivas que colapsaram sob sua própria gravidade após uma explosão de supernova. O tipo específico de estrela de nêutrons que emite rajadas de rádio é chamado de magnetar, e seu campo magnético é mil trilhões de vezes mais forte que o da Terra.
Embora os astrônomos não compreendam completamente as explosões rápidas de rádio, eles podem usá-las para estudar o espaço entre as galáxias. À medida que as explosões viajam pelo espaço, as interações com os elétrons no gás intergaláctico quente desaceleram preferencialmente os comprimentos de onda mais longos. O sinal de rádio é espalhado, tal como um prisma transforma a luz solar num arco-íris. Os astrônomos usam a quantidade de dispersão para calcular quanto gás a explosão passou em seu caminho para a Terra.
Enigma resolvido
Num novo estudo, publicado em junho de 2025, uma equipe de astrônomos do Caltech e do Centro de Astrofísica de Harvard examinou 69 rajadas rápidas de rádio usando um conjunto de 110 radiotelescópios na Califórnia. A equipa descobriu que 76% da matéria normal do Universo se encontra no espaço entre as galáxias, outros 15% nos halos galácticos – a região que rodeia as estrelas visíveis numa galáxia – e os restantes 9% nas estrelas e no gás frio dentro das galáxias.
Uma descrição completa da matéria normal no universo fornece um forte apoio à teoria do Big Bang. A teoria prevê uma abundância de matéria normal criada nos primeiros minutos do universo, portanto, ao recuperar os 5% previstos, a teoria passa num teste crítico.
Vários milhares de rajadas rápidas de rádio já foram observadas, e a próxima instalação de radiotelescópios provavelmente aumentará a taxa de descobertas para 10.000 por ano. Uma amostra tão grande tornará as rajadas rápidas de rádio ferramentas poderosas em cosmologia. Cosmologia é o estudo do tamanho, forma e evolução do universo. As explosões de rádio podem ir além da contagem de átomos e mapear a estrutura tridimensional da teia cósmica.
Gráfico de pizza do universo
Os cientistas podem agora ter uma imagem completa da distribuição da matéria normal, mas a maior parte do Universo ainda é constituída por matéria que não compreendem totalmente.
Os ingredientes mais abundantes no universo são a matéria escura e a energia escura, que são pouco compreendidas. A energia escura está causando a expansão acelerada do universo, e a matéria escura é a cola invisível que mantém as galáxias e o universo unidos.
A matéria escura é um tipo de partícula elementar possivelmente inexplorado que não faz parte do modelo padrão da física de partículas. Os físicos ainda não conseguiram detectar esta nova partícula, mas sabemos que ela existe porque, de acordo com a relatividade geral, a massa desvia a luz e são observadas muito mais lentes gravitacionais do que as que podem ser explicadas pela matéria visível. Graças às lentes gravitacionais, um aglomerado de galáxias curva e amplia a luz de uma forma análoga a uma lente óptica. A matéria escura supera a matéria convencional em mais de cinco vezes.
Um mistério pode ser resolvido, mas um mistério maior permanece. Embora a matéria escura permaneça misteriosa, agora sabemos muito sobre os átomos normais que constituem os humanos e o mundo que nos rodeia.
Este artigo foi republicado pela The Conversation, uma organização independente e sem fins lucrativos que fornece fatos e análises confiáveis para ajudá-lo a compreender nosso mundo complexo. Escrito por: Chris Impey, Universidade do Arizona
Leia mais:
Chris Impey recebeu financiamento da NASA, NSF, do Howard Hughes Medical Institute e da Templeton Foundation.
