É um tipo de matéria que não pode ser observada diretamente, e que só interage com a matéria que observamos gravitacionalmente.

Muitas observações astronômicas mostram situações que só podem ser compreendidas com o nosso conhecimento atual de gravitação se houver mais matéria no Universo do que está sendo observada. A primeira vez que astrônomos tiveram contato com esse desconcertante fato foi em 1933, quando o astrônomo suíço Fritz Zwicky estimou a massa do aglomerado de galáxias de Coma. Ele utilizou o teorema de virial, que relaciona a massa de um conjunto com o movimento de suas partes. Determinou a massa do aglomerado pelos movimentos das galáxias próximas aos limites do aglomerado. Quando ele comparou seu resultado com a massa obtida através da observação direta do número de galáxias e seu brilho total no aglomerado (existe também uma relação entre a massa e a luminosidade de uma galáxia), percebeu que havia encontrado cerca de 400 vezes mais massa do que podia ser observada diretamente.

A segunda vez que encontramos uma situação semelhante, onde deveria haver mais matéria do que estamos vendo, aconteceu no estudo da velocidade orbital de estrelas em galáxias espirais. Esperávamos que a velocidade com que as estrelas orbitam o centro de sua galáxia caísse cada vez mais para estrelas mais distantes desse centro, da mesma forma que os planetas mais próximos do Sol giram em torno dele mais rápido que os planetas mais distantes. Mas as observações não mostram isso. O gráfico abaixo traz a comparação entre o comportamento esperado e o observado para as velocidades orbitais das estrelas.

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A – Comportamento Esperado , B – Comportamento Observado

A velocidade com que as estrelas giram em torno do centro das galáxias espirais deveria diminuir com o aumento da distância, mas não é isso o que acontece.

O gráfico nos mostra que, ao contrário do esperado, as galáxias espirais observadas pareciam girar como um corpo rígido. Mais uma vez, a única maneira de explicar isso é existir mais matéria do que está sendo observada, matéria que estaria distribuída por toda a galáxia.

Assim, esses fenômenos são explicados pelo postulado da existência de um tipo de matéria que não podemos observar diretamente, mas podemos perceber sua influência gravitacional na matéria observada.

A matéria com que estamos acostumados a interagir no dia-a-dia, que podemos observar diretamente, é formada por partículas chamadas bárions (um bárion muito conhecido é o próton). Assim, a maior parte da matéria escura deve ser não bariônica, ou seja, formada por partículas que não são bárions. Agora mesmo, você pode estar sendo açoitado por ventos de matéria escura não bariônica, que passa pelo seu corpo sem lhe provocar nenhuma sensação.

Certamente existe espalhada pelas galáxias matéria bariônica que não podemos ver, como poeira, planetas ou remanescentes de supernova já com baixíssima emissão de radiação. Essa é a matéria escura bariônica, que até poderíamos observar, mas não conseguimos porque emitem pouca radiação. De qualquer forma, a quantidade de matéria escura bariônica não é suficiente para dar conta de todos os fenômenos observados e que indicam a existência de mais matéria do que a observada.

Há astrônomos e físicos que não acreditam na existência da matéria escura não bariônica. Esses sugerem que há um problema em nosso entendimento da gravitação, o que faz com que o que esperamos teoricamente não coincida com as observações. Existe a proposta de modificação na teoria newtoniana chamada MOND (da sigla em inglês de Modified Newtonian Dynamics), que corrige as leis de Newton para pequenas acelerações, assim como também existem propostas de modificações para a Teoria da Relatividade Geral de Einstein.

A questão atualmente está em se determinar se nossas teorias de gravitação devem sofrer alguma modificação, ou em se determinar a natureza dessa misteriosa matéria escura não bariônica.