Teorias da dinâmica newtoniana modificada
Atualmente, o
modelo que descreve a evolução e a formação das estruturas do universo é
conhecido com ΛCDM (leia-se lâmbda CDM), que descreve um universo plano
dominado por energia escura e com uma componente de matéria escura
fria. A maioria dos cosmólogos aceita a matéria escura não bariônica
como sendo a explicação mais plausível para justificar as curvas de
rotação observadas nas galáxias (Figura 1).
Figura 1 - Curva de rotação de galáxias espirais. Em azul (A), a curva de rotação calculada usando as equações de Newton, vermelho (B), a curva de rotação observada em função da distância das estrelas em relação ao centro das galáxias.
Crédito da figura, Disponível em: www.astronoo.com
No entanto, uma pequena parcela dos cosmólogos trabalha com o desenvolvimento de modelos que descartam a existência da matéria escura, como é o caso de teoriais chamadas de dinâmica newtoniana aplicadas ao movimento dos corpos (Modified Newtonian Dynamics, MOND na sigla em inglês). Um dos primeiros cientistas a trabalhar com essa ideia foi Mordehai Milgron, do Instituto de Ciência Weizmann, em Rehovot, Israel. Na década de 1980, ele defendeu que essas modificações explicariam muitas das discrepâncias observacionais sem a necessidade da existência de uma “massa escondida” significativa, como a matéria escura.
Apesar desse novo modelo ter sucesso em descrever o movimento de alguns objetos celestes, ficou muito longe de descrever o comportamento de todos os objetos celestes. Um dos principais problemas foi que Milgrom não considerou os efeitos da relatividade geral de Albert Einstein em seus estudos. Em 2004, o físico Jacob Bekenstein da Universidade Hebraica de Jerusalém publicou um artigo de revisão incluindo essas modificações, abrindo a possibilidade para o desenvolvimento de novas teorias e, ainda hoje, físicos estão trabalhando em modelos que desafiam o conceito dominante da matéria escura.
Ethan Siegel, da National Geographic, nos proporciona uma boa reflexão sobre as diferentes abordagens, quando ele diz: "Em ciência, mesmo quando você está convencido de que você sabe a resposta certa, você mantém testando a compreensão de novas maneiras. Você se mantém a procura de fenômenos que podem fazer algo diferente do que suas melhores ideias e teorias prevêem. Enquanto há um universo lá fora para investigar, a ciência não termina."
As teorias MOND’s desafiam o conceito da
matéria escura e procuram oferecer uma explicação alternativa para o
problema das curvas de rotação plana das galáxias. Essas teorias se
apóiam em uma modificação da segunda lei de Newton com as acelerações
muito baixas. Assim, para explicarmos a dinâmica do universo, teríamos
basicamente três teorias da gravitação diferentes:
- Segunda lei de Newton, utilizada para
sistemas com “acelerações normais”, ou seja, é aplicada com grande êxito
em diversos fenômenos que não vão além das típicas escalas de distância
e velocidade que estamos acostumados em nosso dia a dia;
- Teorias MOND, utilizada para sistemas com acelerações em escalas de acelerações extremamente pequenas;
- Teorias TeVes, que são teorias que
procuram uma modificação da gravidade incorporando à relatividade Geral
de Einstein para corpos com velocidades próximas a velocidade da luz,
descartando completamente a componente da matéria escura.
Essas teoriais alternativas à existência de matéria escura têm sido aplicadas e testadas em diversos experimentos que observam as galáxias e aglomerados de galáxias. Como exemplo, podemos citar o trabalho realizado por Radosl S. Wojtak, Steen H. Hansen e Jens Hjorthcientistas, da Universidade de Copenhagen, que testaram algumas previsões das MOND’s usando os dados do experimento Sloan Digital Sky Survey, uma colaboração que cria os mapas do Universo. Alguns dos resultados podem ser observados na figura 2.
Figura 2 – Resultados do experimento Sloan Digital Sky Survey.
Crédito da figura – Disponível em: http://www.nature.com/nature/journal/v477/n7366/abs/nature10445.html
A análise dos dados indica que a relatividade geral com a matéria escura e a energia escura é a melhor opção em comparação com outras teorias. Na mesma linha, os dados coletados pela equipe de Copenhagen indica que a hipótese TeVes, que procura acabar inteiramente com a matéria escura, não é uma alternativa viável ao conceito da matéria escura. Os dados coletados pelo experimento produziram um grande golpe aos entusiastas dessa ideia.
Outra observação que pode ser feita sobre o
processo de formação das estruturas em larga escala do universo é que a
relatividade geral, que por enquanto é a teoria padrão para a
gravitação, não é capaz de explicar a velocidade com que essas
estruturas primordiais cresceram se tornando as galáxias e aglomerados
de galáxias que podemos observar nos dias de hoje.
Teorias MOND’s versus modelo ΛCDM
O modelo ΛCDM explica com bastante sucesso a teoria do Big Bang e a evolução daas estruturas do Universo e é consistente com uma grande quantidade de dados experimentais disponíveis. No entanto, apesar do sucesso desse modelo em vários aspectos, como não houve ainda a detecção direta da matéria escura para entender o que de fato ela é, não se pode descartar ideias alternativas, como as teorias MOND.
Contudo, observa-se que especificamente das teorias MOND, elas conseguem descrever bem as estruturas de pequenas escalas, como as galáxias individuais, mas falham enormemente quando aplicada em estruturas em grande escala do Universo.
Segundo Pedro Ferreira, um cosmólogo da Universidade de Oxford, “os dados que acumulamos são suficientes para concluir que o Universo não pode ser explicado unicamente pela modificação da gravidade; há ampla evidência de forças gravitacionais que apontam em direções onde não há qualquer 'material comum' para criá-los, levando-nos a aceitar a existência de alguma forma de matéria escura.”