The search for dark matter -- and what we've found so far | Risa Wechsler

Tradutor: Bubby Fernandes Revisor: Raissa Mendes

Do you ever think about what would happen

Vocês já pensaram sobre o que aconteceria

if the world were a little bit different?

se o mundo fosse um pouquinho diferente?

How your life would be different

Como suas vidas seriam distintas

if you were born 5,000 years from now

se tivessem nascido daqui a 5 mil anos

instead of today?

em vez de hoje?

How history would be different

Como a história seria alterada

if the continents were at different latitudes

se os continentes estivessem em latitudes diferentes

or how life in the Solar system would have developed

ou como a vida no Sistema Solar teria se desenvolvido

if the Sun were 10 percent larger.

se o Sol fosse 10% maior?

Well, playing with these kinds of possibilities

Brincar com esse tipo de possibilidade é meu trabalho,

is what I get to do for a living

but with the entire universe.

mas faço isso com o Universo inteiro.

I make model universes in a computer.

Faço modelos de universos no computador,

Digital universes that have different starting points

universos digitais que têm pontos iniciais diferentes

and are made of different amounts of different kinds of material.

e são feitos de diversas quantidades de tipos distintos de materiais.

And then I compare these universes to our own

Em seguida, comparo esses universos ao nosso

to see what it is made of and how it evolved.

para ver do que é feito e como evoluiu.

This process of testing models with measurements of the sky

Esse processo de testar modelos com medidas do céu

has taught us a huge amount about our universe so far.

nos trouxe grandes ensinamentos sobre nosso Universo até agora.

One of the strangest things we have learned

Uma das coisas mais estranhas que descobrimos

is that most of the material in the universe

foi que a maior parte do material do Universo

is made of something entirely different than you and me.

é feita de algo totalmente diferente de vocês e de mim.

But without it,

Mas, sem ela,

the universe as we know it wouldn't exist.

o Universo como conhecemos não existiria.

Everything we can see with telescopes

Tudo aquilo que conseguimos ver com os telescópios

makes up just about 15 percent of the total mass in the universe.

representa por volta de 15% da massa total do Universo.

Everything else, 85 percent of it,

Todo o resto, ou seja, 85% dele,

doesn't emit or absorb light.

não emite nem absorve luz.

We can't see it with our eyes,

Não podemos enxergar essa matéria a olho nu,

we can't detect it with radio waves

ou detectá-la com ondas de rádio,

or microwaves or any other kind of light.

micro-ondas ou qualquer outro tipo de luz.

But we know it is there

Mas sabemos que ela está lá

because of its influence on what we can see.

por causa da sua influência no que podemos ver.

It's a little bit like,

É mais ou menos

if you wanted to map the surface of our planet

como se quiséssemos mapear a superfície da Terra

and everything on it

com tudo o que está sobre ela

using this picture of the Earth from space at night.

apenas com o uso desta sua imagem capturada do espaço durante a noite.

You get some clues from where the light is,

Temos certas pistas de onde a luz está,

but there's a lot that you can't see,

mas há muito o que não podemos ver,

everything from people to mountain ranges.

como pessoas ou até cadeias de montanhas.

And you have to infer what is there from these limited clues.

E precisamos deduzir o que está lá a partir dessas pistas limitadas.

We call this unseen stuff "dark matter."

Chamamos essa substância invisível de matéria escura.

Now, a lot of people have heard of dark matter,

Muitas pessoas ouviram falar sobre a matéria escura,

but even if you have heard of it,

mas, mesmo se vocês já ouviram falar dela,

it probably seems abstract,

provavelmente é algo que parece abstrato,

far away, probably even irrelevant.

distante, e talvez até irrelevante.

Well, the interesting thing is,

O interessante é que ela

dark matter is all around us

está a nossa volta

and probably right here.

e talvez aqui, mesmo.

In fact, dark matter particles

Inclusive, as partículas de matéria escura

are probably going through your body right now

provavelmente estão adentrando seus corpos neste instante,

as you sit in this room.

enquanto estão sentados nesta sala.

Because we are on Earth

Isso porque estamos na Terra,

and Earth is spinning around the Sun,

que está girando ao redor do Sol,

and the Sun is hurtling through our galaxy

que por sua vez está se deslocando através da nossa galáxia

at about half a million miles per hour.

a aproximadamente 800 mil km/h.

But dark matter doesn't bump into us,

Mas a matéria escura não se choca contra nós;

it just goes right through us.

ela apenas nos atravessa.

So how do we figure out more about this?

Então, como podemos descobrir mais sobre ela?

What is it,

O que ela é,

and what does it have to do with our existence?

e o que tem a ver com a nossa existência?

Well, in order to figure out how we came to be,

Para descobrir como passamos a existir,

we first need to understand how our galaxy came to be.

primeiramente precisamos entender como nossa galáxia nasceu.

This is a picture of our galaxy, the Milky Way, today.

Essa é uma foto da nossa galáxia, a Via Láctea, hoje.

What did it look like 10 billion years in the past

Qual era sua aparência há 10 bilhões de anos,

or what would it look like 10 billion years in the future?

ou como ela se parecerá daqui a 10 bilhões de anos?

What about the stories

E quanto ao caso

of the hundreds of millions of other galaxies

das centenas de milhões de outras galáxias

that we've already mapped out with large surveys of the sky?

que já mapeamos através de grandes pesquisas do céu?

How would their histories be different

Como suas histórias seriam diferentes

if the universe was made of something else

se o Universo fosse feito de outra coisa,

or if there was more or less matter in it?

ou se houvesse mais ou menos matéria nele?

So the interesting thing about these model universes

O fato interessante sobre esses modelos de universo

is that they allow us to test these possibilities.

é que eles nos permitem testar essas possibilidades.

Let's go back to the first moment of the universe --

Vamos voltar ao primeiro momento do Universo...

just a fraction of a second after the big bang.

uma pequena fração de segundo após o Big Bang.

In this first moment,

Nesse primeiro instante

there was no matter at all.

não havia nenhum tipo de matéria.

The universe was expanding very fast.

O Universo estava se expandindo bem rapidamente.

And quantum mechanics tells us

E a mecânica quântica nos diz

that matter is being created and destroyed

que matéria é criada e destruída o tempo todo, a cada instante.

all the time, in every moment.

At this time, the universe was expanding so fast

Nesse momento, o Universo se expandia tão rapidamente

that the matter that got created couldn't get destroyed.

que a matéria que se criou não podia ser destruída.

And thus we think that all of the matter was created during this time.

Por isso, pensamos que toda a matéria foi criada nesse instante.

Both the dark matter

Tanto a matéria escura

and the regular matter that makes up you and me.

quanto a matéria convencional que forma todos nós.

Now, let's go a little bit further

Agora, vamos um pouco além,

to a time after the matter was created,

para um momento após a criação da matéria,

after protons and neutrons formed,

depois da formação de prótons e nêutrons

after hydrogen formed,

e do hidrogênio,

about 400,000 years after the big bang.

por volta de 400 mil anos depois do Big Bang.

The universe was hot and dense and really smooth

O Universo estava quente, denso, e bem macio,

but not perfectly smooth.

mas não perfeitamente macio.

This image, taken with a space telescope called the Planck satellite,

Esta imagem, obtida com um telescópio espacial sonda Planck,

shows us the temperature of the universe

nos mostra a temperatura do Universo em todas as direções.

in all directions.

And what we see

E tudo o que vemos

is that there were places that were a little bit hotter

é que alguns lugares estavam um pouco mais quentes

and denser than others.

e densos do que outros.

The spots in this image

As manchas nessa figura

represent places where there was more or less mass in the early universe.

representam os pontos onde havia mais ou menos massa no Universo inicial.

Those spots got big because of gravity.

Elas cresceram por causa da gravidade.

The universe was expanding and getting less dense overall

O Universo estava se expandindo e se tornando menos denso, no geral,

over the last 13.8 billion years.

ao longo dos últimos 13,8 bilhões de anos.

But gravity worked hard in those spots

Mas a gravidade trabalhou duro nessas manchas,

where there was a little bit more mass

onde havia um pouco mais de massa,

and pulled more and more mass into those regions.

e atraiu mais e mais massa para essas regiões.

Now, all of this is a little hard to imagine,

É um pouco difícil imaginar tudo isso,

so let me just show you what I am talking about.

então deixe-me mostrar sobre o que estou falando.

Those computer models I mentioned allow us to test these ideas,

Os modelos de computador que mencionei permitem que testemos essas ideias,

so let's take a look at one of them.

então observemos um deles.

This movie, made by my research group,

Este filme, que foi feito pelo meu grupo de pesquisa,

shows us what happened to the universe after its earliest moments.

nos mostra o que aconteceu ao Universo após seus primeiros momentos.

You see the universe started out pretty smooth,

Vemos que ele começou bem regular,

but there were some regions

mas havia algumas regiões

where there was a little bit more material.

com um pouco mais de material.

Gravity turned on and brought more and more mass

A gravidade se ativou e trouxe cada vez mais massa

into those spots that started out with a little bit extra.

para aquelas manchas que começaram com um pouquinho a mais.

Over time,

Com o tempo,

you get enough stuff in one place

há substância suficiente em um local

that the hydrogen gas,

para que o gás hidrogênio,

which was initially well mixed with the dark matter,

que inicialmente estava bem misturado com a matéria escura,

starts to separate from it,

começasse a se separar dela,

cool down, form stars,

se resfriar, formar estrelas...

and you get a small galaxy.

então, temos uma pequena galáxia.

Over time, over billions and billions of years,

Com o tempo, depois de bilhões e bilhões de anos,

those small galaxies crash into each other

essas pequenas galáxias se chocam,

and merge and grow to become larger galaxies,

se fundem e crescem para se tornarem galáxias maiores,

like our own galaxy, the Milky Way.

como nossa galáxia, a Via Láctea.

Now, what happens if you don't have dark matter?

E o que acontece sem a matéria escura?

If you don't have dark matter,

Sem sua presença,

those spots never get clumpy enough.

essas manchas nunca se tornam compactadas o suficiente.

It turns out, you need at least a million times the mass of the Sun

Acontece que é necessário pelo menos 1 milhão de vezes a massa do Sol

in one dense region,

em uma região densa

before you can start forming stars.

antes que se possa começar a formar estrelas.

And without dark matter,

E, sem a matéria escura,

you never get enough stuff in one place.

nunca haverá material suficiente em um só lugar.

So here, we're looking at two universes, side by side.

Aqui observamos dois universos, lado a lado.

In one of them you can see

Em um deles, podemos ver

that things get clumpy quickly.

que as coisas ficam rapidamente desordenadas.

In that universe,

Nesse universo

it's really easy to form galaxies.

é realmente fácil formar galáxias.

In the other universe,

No outro,

the things that start out like small clumps,

os corpos que começam como pequenos amontoados

they just stay really small.

mantêm-se realmente pequenos.

Not very much happens.

Não acontece muita coisa.

In that universe, you wouldn't get our galaxy.

Nesse universo, não seria possível ter uma galáxia como a nossa,

Or any other galaxy.

ou como qualquer outra.

You wouldn't get the Milky Way,

Não teríamos a Via Láctea,

you wouldn't get the Sun,

o Sol,

you wouldn't get us.

ou mesmo nós;

We just couldn't exist in that universe.

simplesmente não poderíamos existir naquele universo.

OK, so this crazy stuff, dark matter,

Tá, essa coisa louca, a matéria escura,

it's most of the mass in the universe,

compreende a maioria da massa do Universo,

it's going through us right now, we wouldn't be here without it.

está nos atravessando agora, e não estaríamos aqui sem ela.

What is it?

O que ela é?

Well, we have no idea.

Não temos ideia.

(Laughter)

(Risos)

But we have a lot of educated guesses,

Temos várias conjecturas

and a lot of ideas for how to find out more.

e muitas ideias sobre como desvendar mais.

So, most physicists think that dark matter is a particle,

A maior parte dos físicos pensa que a matéria escura é uma partícula,

similar in many ways to the subatomic particles that we know of,

em grande parte similar às partículas subatômicas que conhecemos,

like protons and neutrons and electrons.

como prótons, nêutrons e elétrons.

Whatever it is,

Seja como for,

it behaves very similarly with respect to gravity.

ela se comporta de maneira muito parecida em relação à gravidade.

But it doesn't emit or absorb light,

Mas ela não emite ou absorve luz,

and it goes right through normal matter,

e atravessa diretamente a matéria convencional,

as if it wasn't even there.

como se ela nem estivesse lá.

We'd like to know what particle it is.

Gostaríamos de saber qual partícula ela é.

For example, how heavy is it?

Por exemplo: qual o peso dela?

Or, does anything at all happen if it interacts with normal matter?

Ou: acontece alguma coisa quando ela interage com a matéria normal?

Physicists have lots of great ideas for what it could be,

Físicos têm várias ideias ótimas sobre o que ela pode ser,

they're very creative.

eles são bem criativos.

But it's really hard,

Mas é bem difícil,

because those ideas span a huge range.

porque essas ideias abrangem uma variedade de coisas.

It could be as small as the smallest subatomic particles,

Ela poderia ser tão pequena quanto as menores partículas subatômicas,

or it could be as large as the mass of 100 Suns.

ou tão grande quanto a massa de 100 Sóis.

So, how do we figure out what it is?

Então, como descobrimos o que ela é?

Well, physicists and astronomers

Bem, físicos e astrônomos

have a lot of ways to look for dark matter.

têm várias maneiras de procurar pela matéria escura.

One of the things we're doing is building sensitive detectors

Uma das coisas que estamos fazendo é construir detectores sensíveis

in deep underground mines,

em minas subterrâneas profundas,

waiting for the possibility

esperando pela possibilidade

that a dark matter particle, which goes through us and the Earth,

de uma partícula de matéria escura, que atravessa diretamente a nós e a Terra,

would hit a denser material

se chocar contra um material mais denso

and leave behind some trace of its passage.

e deixar para trás algum tipo de traço de sua passagem.

We're looking for dark matter in the sky,

Estamos procurando pela matéria escura no céu,

for the possibility that dark matter particles

pela possibilidade de que suas partículas

would crash into each other

se choquem

and create high-energy light that we could see

e criem uma luz de alta energia que poderíamos ver

with special gamma-ray telescopes.

com telescópios especiais de raios-gama.

We're even trying to make dark matter here on Earth,

Estamos até tentando produzir matéria escura aqui mesmo, na Terra,

by smashing particles together and looking for what happens,

ao chocar partículas entre si e observar o que acontece,

using the Large Hadron Collider in Switzerland.

com o acelerador de partículas Large Hadron Collider, na Suíça.

Now, so far,

Bem, até agora,

all of these experiments have taught us a lot

todos esses experimentos nos ensinaram bastante

about what dark matter isn't

sobre o que a matéria escura não é,

(Laughter)

(Risos)

but not yet what it is.

mas ainda não sobre o que ela é.

There were really good ideas that dark matter could have been,

Havia muitas ideias ótimas sobre o que ela poderia ser

that these experiments would have seen.

que esses experimentos teriam mostrado.

And they didn't see them yet,

E eles ainda não mostraram,

so we have to keep looking and thinking harder.

então temos que continuar procurando e quebrando a cabeça.

Now, another way to get a clue to what dark matter is

Outra maneira de obter uma pista sobre o que é a matéria escura

is to study galaxies.

é pelo estudo das galáxias.

We already talked about

Já falamos sobre como nossa galáxia e muitas outras nem estariam aqui hoje

how our galaxy and many other galaxies wouldn't even be here

without dark matter.

sem a matéria escura.

Those models also make predictions

Esses modelos também fazem predições

for many other things about galaxies:

para muitas outras coisas sobre galáxias:

How they're distributed in the universe,

como elas são distribuídas no Universo,

how they move,

como se movem,

how they evolve over time.

e como evoluem com o tempo.

And we can test those predictions with observations of the sky.

E podemos testar essas predições através de observações do céu.

So let me just give you two examples

Então, deixe-me dar dois exemplos

of these kinds of measurements we can make with galaxies.

desse tipo de medição que conseguimos fazer com elas.

The first is that we can make maps of the universe with galaxies.

Primeiramente, é possível construir mapas do Universo com as galáxias.

I am part of a survey called the Dark Energy Survey,

Faço parte de uma pesquisa chamada Dark Energy Survey,

which has made the largest map of the universe so far.

que fez o maior mapa do Universo até hoje.

We measured the positions and shapes of 100 million galaxies

Medimos as posições e as formas de 100 milhões de galáxias,

over one-eighth of the sky.

mais de um oitavo do céu.

And this map is showing us all the matter in this region of the sky,

E esse mapa está nos mostrando toda a matéria nessa região do céu,

which is inferred by the light distorted from these 100 million galaxies.

que é inferida pela luz distorcida dessas 100 milhões de galáxias,

The light distorted from all of the matter

luz de toda a matéria

that was between those galaxies and us.

que estava entre essas galáxias e nós.

The gravity of the matter is strong enough to bend the path of light.

A gravidade da matéria é forte o suficiente para curvar o caminho da luz,

And it gives us this image.

e isso nos dá essa imagem.

So these kinds of maps

Esse tipo de mapa

can tell us about how much dark matter there is,

pode nos contar sobre a quantidade de matéria escura que existe,

they also tell us where it is

e também nos dizer onde ela está

and how it changes over time.

e como ela muda com o tempo.

So we're trying to learn about what the universe is made of

Estamos tentando aprender do que é feito o Universo

on the very largest scales.

nas escalas mais grandiosas possíveis.

It turns out that the tiniest galaxies in the universe

Acontece que as menores galáxias no universo

provide some of the best clues.

fornecem algumas das melhores pistas.

So why is that?

Por que isso acontece?

Here are two example simulated universes

Aqui estão dois exemplos de simulação de universos

with two different kinds of dark matter.

com dois tipos diferentes de matéria escura.

Both of these pictures are showing you a region

Ambas as figuras mostram uma região

around a galaxy like the Milky Way.

ao redor de uma galáxia parecida com a Via Láctea.

And you can see that there's a lot of other material around it,

E podemos ver que há muitos outros materiais em volta dela,

little small clumps.

pequeninos aglomerados.

Now, in the image on the right,

Na imagem à direita,

dark matter particles are moving slower than they are in the one on the left.

as partículas de matéria escura se movem mais devagar do que na figura esquerda.

If those dark matter particles are moving really fast,

Se essas partículas estiverem se movendo muito rápido,

then the gravity in small clumps is not strong enough

então a gravidade nos pequenos amontoados não é forte o suficiente

to slow those fast particles down.

para retardar tais partículas.

And they keep going.

Assim, elas continuam indo,

They never collapse into these small clumps.

e nunca colapsam contra os pequenos aglomerados.

So you end up with fewer of them than in the universe on the right.

Então, acabamos com uma menor quantidade delas no universo da direita.

If you don't have those small clumps,

Sem esses pequenos aglomerados,

then you get fewer small galaxies.

há menor quantidade de galáxias pequenas.

If you look up at the southern sky,

Se observarmos o céu ao sul,

you can actually see two of these small galaxies,

conseguimos enxergar duas dessas pequenas galáxias,

the largest of the small galaxies that are orbiting our Milky Way,

as maiores desse tipo que orbitam a Via Láctea:

the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud.

a Grande Nuvem de Magalhães e a Pequena Nuvem de Magalhães.

In the last several years,

Nos últimos anos,

we have detected a whole bunch more even smaller galaxies.

detectamos um número bem maior de galáxias ainda menores.

This is an example of one of them

Esse é o exemplo de uma delas,

that we detected with the same dark energy survey

que detectamos com a mesma pesquisa sobre matéria escura

that we used to make maps of the universe.

que usamos para fazer mapas do Universo.

These really small galaxies,

São galáxias realmente pequenas,

some of them are extremely small.

algumas extremamente diminutas.

Some of them have as few as a few hundred stars,

Algumas têm centenas de estrelas, poucas delas

compared to the few hundred billion stars in our Milky Way.

comparadas às centenas de bilhões de estrelas da nossa Via Láctea.

So that makes them really hard to find.

Então, isso as torna bem mais difíceis de se encontrar.

But in the last decade,

Mas, na última década,

we've actually found a whole bunch more of these.

na verdade, encontramos várias delas.

We now know of 60 of these tiny galaxies

Hoje, conhecemos 60 dessas pequeninas galáxias

that are orbiting our own Milky Way.

orbitando a Via Láctea.

And these little guys are a big clue to dark matter.

E essas "companheirinhas" são uma grande pista para a matéria escura,

Because just the existence of these galaxies tells us

pois a própria existência delas nos mostra

that dark matter can't be moving very fast,

que ela não pode estar se movendo tão rápido,

and not much can be happening when it runs into normal matter.

e que não acontece algo extraordinário quando ela se encontra com matéria normal.

In the next several years,

Durante os próximos anos,

we're going to make much more precise maps of the sky.

faremos mapas muito mais precisos do céu.

And those will help refine our movies

Eles nos ajudarão a refinar nossos filmes

of the whole universe and the entire galaxy.

de todo o Universo e da galáxia inteira.

Physicists are also making new, more sensitive experiments

Os físicos também estão fazendo experimentos novos e mais sensíveis

to try to catch some sign of dark matter in their laboratories.

para tentar capturar algum sinal de matéria escura em seus laboratórios.

Dark matter is still a huge mystery.

Essa matéria ainda é um grande mistério.

But it's a really exciting time to be working on it.

Mas esse é um momento muito empolgante para se trabalhar com isso.

We have really clear evidence it exists.

Temos claras evidências de sua existência.

From the scale of the smallest galaxies

E isso vai da escala das menores galáxias

to the scale of the whole universe.

até a escala do Universo inteiro.

Will we actually find it and figure out what it is?

Nós de fato a encontraremos e descobriremos o que ela é?

I have no idea.

Eu não tenho ideia.

But it's going to be a lot of fun to find out.

Mas será bem divertido descobrir.

We have a lot of possibilities for discovery,

Temos muitas possibilidades de descoberta,

and we definitely will learn more about what it is doing

e definitivamente aprenderemos mais sobre o que ela está fazendo

and about what it isn't.

e sobre o que não está.

Regardless of whether we find that particle anytime soon,

Independentemente de encontrarmos essa partícula em breve,

I hope I have convinced you

espero tê-los convencido

that this mystery is actually really close to home.

de que esse mistério está muito mais próximo do que parece.

The search for dark matter

A procura pela matéria escura

may just be the key to a whole new understanding of physics

pode ser a grande chave para toda uma nova compreensão da física

and our place in the universe.

e do nosso lugar no Universo.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)