Matéria escura em xeque: hipótese sobre a gravidade desafia 85 % do Universo visível

Matéria escura é, há décadas, a solução preferida para explicar uma série de enigmas cósmicos, mas um estudo recém-publicado na revista Physical Review Letters B propõe um caminho alternativo: modificar sutilmente a própria gravidade em escalas colossais. Liderada pelo pesquisador Naman Kumar, do Instituto de Tecnologia da Índia, a pesquisa aponta que a força gravitacional pode enfraquecer mais lentamente a grandes distâncias do que prevê o modelo tradicional, eliminando a necessidade de um componente invisível que corresponderia a cerca de 85 % de toda a matéria existente.

Por que a matéria escura se tornou indispensável

Os astrônomos adotaram o conceito de matéria escura ao perceberem uma discrepância fundamental entre a massa observável em galáxias e o comportamento dinâmico dessas estruturas. Estimativas baseadas em estrelas, planetas, poeira e gás eram insuficientes para explicar a velocidade de rotação dos sistemas estelares. Sem uma massa adicional, os corpos deveriam se dispersar no espaço. A solução tradicional foi postular um “halo” de matéria invisível capaz de fornecer a gravidade necessária.

A mesma lacuna surge em fenômenos de lente gravitacional. Quando a luz de objetos distantes atravessa regiões próximas a galáxias massivas, ela sofre um desvio maior do que seria permitido apenas pela matéria que enxergamos. Esse efeito, previsto pela relatividade geral, tornou-se uma das principais evidências indiretas da matéria escura, reforçando a ideia de que existe algo além do que os telescópios detectam.

Estender o conceito ao tecido cósmico levou os cosmólogos a concluir que o universo, em seus primeiros instantes, já continha essa substância enigmática. Modelos que descrevem a inflação, a formação de grandes estruturas e até a radiação cósmica de fundo dependem da presença desse agente extravisível. Por isso, qualquer proposta que dispense a matéria escura precisa mostrar consistência não apenas em galáxias isoladas, mas em todo o histórico evolutivo do cosmos.

O estudo de Naman Kumar e a revisão da gravidade

Naman Kumar, associado ao Instituto de Tecnologia da Índia, direcionou o foco para a própria lei gravitacional. A teoria dominante afirma que a força entre dois corpos decai com o quadrado da distância: se a separação dobra, o puxão gravitacional diminui para um quarto. Kumar investigou o que acontece quando esse princípio é analisado pelo olhar da teoria quântica de campos em escalas que extrapolam o tamanho típico de galáxias. O resultado foi a identificação de um regime em que a gravidade perde intensidade um pouco mais devagar do que o previsto.

Esse leve desvio, no chamado “esquema de execução infravermelho”, seria imperceptível em distâncias relacionadas ao Sistema Solar ou até mesmo a aglomerados de estrelas, mas ganha relevância em estruturas galácticas inteiras. Segundo a pesquisa, a diferença acumulada bastaria para manter a coesão de estrelas que se movem rapidamente, simulando exatamente o efeito atribuído ao halo de matéria escura.

Como a nova abordagem rivaliza com o papel da matéria escura

Os modelos padrão descrevem galáxias mergulhadas em uma reserva de partículas que não interagem com a luz, mas respondem à gravidade. No cenário proposto por Kumar, não há necessidade dessas partículas adicionais; o reforço gravitacional surge da própria natureza da força quando considerada em escalas extremamente grandes. Em termos práticos, a rotação galáctica permanece alta e a distribuição de massa visível continua inalterada, com a estabilidade assegurada pela nova forma da lei gravitacional.

As implicações vão além da rotação. O efeito lente gravitacional, que também exige massa superior à observada, poderia ser reproduzido pelo mesmo mecanismo. Se a gravidade é ligeiramente mais forte do que se supunha em distâncias macroscópicas, o desvio da luz seria amplificado, alcançando os valores que até hoje justificavam a matéria escura.

Outro ponto sensível é a formação de estruturas no universo inicial. Kumar argumenta que as alterações gravitacionais no seu modelo mantêm-se discretas nos primeiros estágios cósmicos, tornando-se significativas apenas em eras mais recentes, quando as galáxias já estão bem formadas. Assim, a linha do tempo primordial, fundamental para as teorias de inflação e nucleossíntese, não sofre perturbações que contradigam observações aceitas.

Metodologia: o esquema de execução infravermelho explicado

Para justificar formalmente a desaceleração mais suave da gravidade, Kumar empregou ferramentas da teoria quântica de campos, disciplina que descreve partículas e forças pelo comportamento de campos fundamentais. Em regimes de baixa energia – ou “infravermelhos” – certas interações podem apresentar “execução” (running), termo técnico que indica mudanças graduais de intensidade conforme a escala envolvida aumenta.

Imagem: Artsiom P

No caso da gravidade, cuja força convencional é determinada pela constante de Newton, Kumar sugere que essa constante não seja exatamente fixa em distâncias cósmicas. A evolução infravermelha faz com que a atração gravitacional se atenue, porém em um ritmo mais brando que o previsto pela regra do inverso do quadrado. Ao traduzir a matemática desse efeito para simulações galácticas, o pesquisador obteve curvas de rotação compatíveis com dados observacionais, tudo sem recorrer ao elemento escuro.

O trabalho descreve, ainda, limites claros para que a alteração não entre em conflito com medições de curta escala. Em órbitas planetárias ou nas trajetórias de sondas espaciais, as equações de Newton e Einstein permaneceriam praticamente intocadas, aparecendo diferenças somente quando o cenário envolve diâmetros equivalentes a dezenas de milhares de anos-luz. Essa separação de regimes é crucial para que o modelo não contrarie provas de alta precisão colhidas dentro da Via Láctea.

Desafios e próximos testes para a hipótese sem matéria escura

Embora a proposta apresente bons indicadores em estudos de rotação e lentes gravitacionais, ela ainda precisa ser confrontada com conjuntos de dados mais robustos, em especial aqueles que cobrem aglomerados de galáxias. Essas formações gigantes podem servir como laboratório natural, uma vez que combinam vastas escalas espaciais com fortes campos gravitacionais.

Outra etapa indispensável envolve comparar o esquema de execução infravermelho com medições recentes do telescópio espacial James Webb. Imagens detalhadas do instrumento já revelaram estruturas apelidadas de “esqueleto invisível” do universo, que ajudam a rastrear concentrações de massa. Se a gravidade alterada de Kumar reproduzir fielmente esses contornos, a hipótese ganhará força significativa.

A comunidade científica também espera avaliar o impacto do novo modelo na dinâmica de estrelas hipervelozes mapeadas na Via Láctea. Esses objetos, cujo movimento fornece pistas sobre concentrações massivas ocultas, poderiam oferecer um teste fino para distinguir entre matéria escura e gravidade modificada. O mesmo vale para partículas “fantasma” previstas por outras teorias: a ausência de detecções diretas favorece abordagens sem partículas extra, mas a comparação quantitativa continua em aberto.

Até o momento, a hipótese de Kumar não substitui o chamado “modelo padrão” da cosmologia e tampouco resolve todos os tópicos onde a matéria escura se mostra conveniente. Contudo, ao abrir a possibilidade de que a força gravitacional seja levemente diferente em escalas imensas, o estudo incentiva novas estratégias de pesquisa, orientadas a decidir se o universo carece realmente de um componente invisível ou de ajustes na equação que rege a queda da maçã de Newton.

O próximo passo declarado pelo pesquisador é aplicar a teoria a catálogos de lentes gravitacionais atualmente em elaboração. Observatórios terrestres e espaciais vêm capturando milhares de eventos em que a luz é desviada, definindo um banco de provas em larga escala. Os resultados dessas comparações indicarão se o desvio suave da gravidade se sustenta diante de medições cada vez mais precisas.

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Olá! Meu nome é Zaira Silva e sou apaixonada por tornar a vida mais leve, prática e organizada — especialmente depois que me tornei mãe.
Criei o Organiza Simples como um cantinho acolhedor para compartilhar tudo o que aprendi (e continuo aprendendo!) sobre organização da casa, da rotina e da mente, sem fórmulas impossíveis ou metas inalcançáveis.