Se você olhar através do espaço com um telescópio, verá inúmeras galáxias, a maioria das quais hospeda grandes buracos negros centrais, bilhões de estrelas e seus planetas acompanhantes. O universo está cheio de objetos massivos e espetaculares, e pode parecer que esses objetos massivos deveriam conter a maior parte da matéria do universo.
Mas a teoria do Big Bang prevê que cerca de 5% do conteúdo do universo deveriam ser átomos compostos de prótons, nêutrons e elétrons. A maioria destes átomos não é encontrada em estrelas e galáxias – uma anomalia que tem intrigado os astrónomos.
Se não estiver em estrelas e galáxias visíveis, é mais provável que esta matéria esteja escondida no 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 filamentar chamada “teia cósmica”.
Ao longo da minha carreira como astrónomo, estudei esta teia cósmica e sei como é difícil explicar a matéria espalhada 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 natural do Universo.
Censo de Sujeitos Naturais
O lugar mais óbvio para procurar objetos naturais é na forma de estrelas. A gravidade une as estrelas em galáxias, e os astrônomos podem contar galáxias em todo o universo observável.
O censo chega a centenas de bilhões de galáxias, cada uma composta por centenas de bilhões de estrelas. Os números são incertos porque muitas estrelas estão fora da galáxia. Isso é aproximadamente 1023 Cem vezes mais que o número de estrelas do universo, ou de grãos de areia em todas as praias da Terra. Existem aproximadamente 1082 Átomos do universo.
No entanto, este número notável fica muito aquém de dar conta de toda a matéria prevista pelo Big Bang. Cálculos cuidadosos indicam que eles contêm apenas 0,5% da matéria do universo. Provavelmente dez vezes mais átomos estão flutuando livremente no espaço. Apenas 0,03% da matéria é composta por outros elementos além do hidrogénio e do hélio, incluindo carbono e todos os componentes da vida.
Olhando na galáxia
O meio intergaláctico – o espaço entre as galáxias – é quase vácuo total, com densidade de um átomo por metro cúbico, ou um átomo por 35 pés cúbicos. Isso é menos de um bilionésimo da densidade do ar na Terra. Mesmo nesta densidade muito baixa, este meio difuso acrescenta-se a uma enorme quantidade de matéria, dado o enorme diâmetro do Universo, de 92 mil milhões de anos-luz.
O meio intergaláctico é muito quente, com temperaturas na casa dos milhões de graus. Isto torna difícil a observação sem telescópios de raios X, uma vez que 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.
Implantando uma nova ferramenta
Os astrónomos utilizaram recentemente uma nova ferramenta para resolver este problema de matéria perdida. Explosões rápidas de rádio são rajadas intensas de ondas de rádio que podem emitir tanta energia em um milissegundo quanto o Sol emite em três dias. Descobertas pela primeira vez em 2007, os cientistas descobriram que as explosões foram causadas por remanescentes estelares compactos em galáxias distantes. À medida que as explosões viajam pelo espaço, a sua energia esgota-se e, quando a energia chega à Terra, é mil vezes mais fraca do que o sinal de um telemóvel emitido na Lua e depois detectado na Terra.
Pesquisas realizadas já em 2025 sugerem que a fonte da explosão é um campo altamente magnético em torno de uma estrela de nêutrons ultracompacta. Estrelas de nêutrons são remanescentes incrivelmente densos de estrelas massivas que colapsaram sob sua própria gravidade após uma explosão de supernova. O tipo especial de estrela de nêutrons que emite rajadas de rádio é chamado de magnetar, com um campo magnético 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 sondar o espaço intergaláctico. À medida que as explosões viajam pelo espaço, as interações com os elétrons no gás intergaláctico quente atenuam os comprimentos de onda mais longos. Os sinais de rádio são espalhados, semelhante à forma como um prisma transforma a luz solar em um arco-íris. Os astrônomos usam a quantidade de dispersão para calcular quanto gás a explosão passou em seu caminho para a Terra.
Resolva o quebra-cabeça
No novo estudo, publicado em junho de 2025, uma equipe de astrônomos do Caltech e do Centro de Astrofísica de Harvard estudou 69 rajadas rápidas de rádio usando um conjunto de 110 radiotelescópios na Califórnia. A equipe descobriu que 76% da matéria normal do Universo está localizada nas galáxias, outros 15% estão no halo galáctico – a área ao redor das estrelas visíveis de uma galáxia – e os 9% restantes são gás frio entre estrelas e galáxias.
Um relato completo da matéria normal no universo fornece evidências convincentes para a teoria do Big Bang. A teoria prevê a abundância de matéria normal formada 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 um próximo radiotelescópio provavelmente aumentará a taxa de descoberta para 10.000 por ano. Uma amostra tão grande tornaria rapidamente as explosões de rádio uma ferramenta poderosa para a cosmologia. Cosmologia é o estudo do tamanho, forma e evolução do universo. As explosões de rádio podem ir além dos cálculos atômicos para mapear a estrutura tridimensional da teia cósmica.
Gráfico de pizza do universo
Os cientistas podem agora ter uma imagem completa de onde a matéria normal está distribuída, mas grande parte do universo ainda é feita de coisas que eles não compreendem completamente.
Os elementos mais abundantes no universo são a matéria escura e a energia escura, ambos pouco compreendidos. A energia escura está impulsionando 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 provavelmente um tipo de partícula elementar ainda não estudado que não faz parte do modelo padrão da física de partículas. Os físicos ainda não foram capazes de 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. Com as lentes gravitacionais, um aglomerado de galáxias curva e amplia a luz de uma forma que se assemelha a uma lente óptica. A matéria escura é mais abundante que a matéria comum por um fator de cinco.
Um mistério pode ser resolvido, mas um mistério maior permanece. Embora a matéria escura ainda seja misteriosa, agora sabemos tanto sobre os átomos comuns quanto os humanos e sobre o mundo que nos rodeia.
Este artigo foi republicado pela The Conversation, uma organização de notícias independente e sem fins lucrativos que traz fatos e análises confiáveis para dar sentido ao nosso mundo complexo. Escrito por: Chris Impey, Universidade do Arizona
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Chris Impey recebeu financiamento da NASA, NSF, do Howard Hughes Medical Institute e da Templeton Foundation.
