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

Tradutor: Grace Sena Revisora: Margarida Ferreira

Do you ever think about what would happen

Já pensaram no que aconteceria

if the world were a little bit different?

se o mundo fosse um pouco diferente?

How your life would be different

Como a nossa vida seria diferente

if you were born 5,000 years from now

se tivéssemos nascido há cinco mil anos

instead of today?

em vez de agora?

How history would be different

Como a história seria diferente

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 teria evoluído a vida no sistema solar

if the Sun were 10 percent larger.

se o Sol fosse 10% maior?

Well, playing with these kinds of possibilities

Jogar com estas possibilidades

is what I get to do for a living

é a minha profissão,

but with the entire universe.

mas com o universo inteiro.

I make model universes in a computer.

Eu crio modelos de universos num computador.

Digital universes that have different starting points

Universos digitais com diferentes pontos de partida

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

e feitos de diferentes quantidades e tipos de matéria.

And then I compare these universes to our own

Depois comparo esses universos com o nosso

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

para ver do que é que ele é feito e como evoluiu.

This process of testing models with measurements of the sky

Este processo de testar modelos com medições do céu

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

tem-nos ensinado muito sobre o nosso universo até aqui.

One of the strangest things we have learned

Uma das coisas mais estranhas que aprendemos

is that most of the material in the universe

é que a maior parte da matéria no universo

is made of something entirely different than you and me.

é composta por algo totalmente diferente de nós

But without it,

Mas sem isso,

the universe as we know it wouldn't exist.

o universo tal como conhecemos não existiria.

Everything we can see with telescopes

Tudo o que conseguimos ver com telescópios

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

compõe cerca de 15% da massa total do universo.

Everything else, 85 percent of it,

Os restantes 85%

doesn't emit or absorb light.

não emitem nem absorvem luz.

We can't see it with our eyes,

Não conseguimos vê-los com os nossos olhos,

we can't detect it with radio waves

não conseguimos detetá-lo com as ondas de rádio,

or microwaves or any other kind of light.

as micro-ondas ou qualquer outro tipo de luz.

But we know it is there

Mas sabemos que está lá

because of its influence on what we can see.

por causa de sua influência naquilo que vemos.

It's a little bit like,

É mais ou menos como

if you wanted to map the surface of our planet

se fôssemos mapear a superfície do nosso planeta

and everything on it

e tudo o que nela existe

using this picture of the Earth from space at night.

usando a imagem da Terra feita do espaço, à noite.

You get some clues from where the light is,

Dá para ter uma ideia pelos espaços iluminados,

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

mas há muita coisa que não vemos.

everything from people to mountain ranges.

Tudo, desde as pessoas às cordilheiras.

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

É preciso deduzir o que existe a partir dessas poucas pistas.

We call this unseen stuff "dark matter."

Chamamos a essa coisa invisível "matéria escura".

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

Muita gente já ouviu falar da matéria escura,

but even if you have heard of it,

mas mesmo que já tenham ouvido falar dela,

it probably seems abstract,

provavelmente parece-vos uma coisa abstrata,

far away, probably even irrelevant.

algo distante, provavelmente até irrelevante.

Well, the interesting thing is,

Bem, o interessante

dark matter is all around us

é que a matéria escura está por toda a parte

and probably right here.

e, provavelmente, aqui mesmo.

In fact, dark matter particles

Provavelmente, há partículas de matéria escura

are probably going through your body right now

a atravessar o nosso corpo, neste momento,

as you sit in this room.

enquanto estamos nesta sala.

Because we are on Earth

Porque estamos aqui na Terra,

and Earth is spinning around the Sun,

e a Terra gira em torno do Sol,

and the Sun is hurtling through our galaxy

e o Sol desloca-se pela nossa galáxia

at about half a million miles per hour.

a mais de 800 000 km por hora.

But dark matter doesn't bump into us,

Mas a matéria escura não choca connosco,

it just goes right through us.

simplesmente atravessa-nos.

So how do we figure out more about this?

Como é que aprendemos mais sobre ela?

What is it,

O que ela é

and what does it have to do with our existence?

e como se relaciona com a nossa existência?

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

Para entender como passámos a existir,

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

primeiro temos de perceber como surgiu a nossa galáxia.

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

Esta é uma imagem da nossa galáxia, da Via Láctea, hoje.

What did it look like 10 billion years in the past

Qual era o seu aspeto há dez mil milhões de anos?

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

Ou como será daqui a dez milhões de anos?

What about the stories

E quanto às histórias

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 em estudos mais aprofundados do espaço?

How would their histories be different

Como seriam diferentes as suas histórias

if the universe was made of something else

se o universo fosse feito de algo diferente?

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

Então, o interessante nesses modelos de universos

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.

apenas uma fração de segundo após o Big Bang.

In this first moment,

Nesse momento inicial,

there was no matter at all.

não havia matéria alguma.

The universe was expanding very fast.

O universo estava a expandir-se muito rapidamente.

And quantum mechanics tells us

E a mecânica quântica ensina-nos

that matter is being created and destroyed

que a matéria está permanentemente

a ser criada e destruída.

all the time, in every moment.

At this time, the universe was expanding so fast

Nesse momento, o universo estava a expandir-se tão depressa

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

que a matéria criada não podia ser destruída.

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

Assim, pensamos que toda a matéria foi criada durante esse período.

Both the dark matter

Tanto a matéria escura

and the regular matter that makes up you and me.

quanto a matéria normal que nos constitui.

Agora vamos avançar um pouco

Now, let's go a little bit further

to a time after the matter was created,

para um momento posterior à criação da matéria.

after protons and neutrons formed,

depois de se formarem os protões e os neutrões

after hydrogen formed,

depois se formar de o hidrogénio,

about 400,000 years after the big bang.

cerca de 400 mil anos depois do Big Bang.

The universe was hot and dense and really smooth

O universo era quente e denso e uniforme,

but not perfectly smooth.

mas não perfeitamente uniforme.

Esta imagem, feita por um telescópio espacial, chamado satélite Planck,

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

mostra-nos a temperatura do universo

shows us the temperature of the universe

in all directions.

em todas as direções.

And what we see

E o que vemos é que havia locais

is that there were places that were a little bit hotter

que eram um pouco mais quentes e mais densos do que outros.

and denser than others.

The spots in this image

As manchas nesta imagem representam locais

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

com mais massa ou menos massa no início do universo.

Those spots got big because of gravity.

Aquelas manchas aumentaram por causa da gravidade.

The universe was expanding and getting less dense overall

O universo estava a expandir-se e a ficar menos denso, no geral,

over the last 13.8 billion years.

ao longo dos últimos 13 800 milhões de anos.

But gravity worked hard in those spots

Mas a gravidade atuou bem nos locais

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 cada vez mais massa para aquelas áreas.

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

Tudo isto é um pouco difícil de imaginar,

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

por isso, vou mostrar do que estou a falar.

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

Os modelos digitais de que falei permitem-nos testar essas ideias,

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

então vamos dar observar um deles.

This movie, made by my research group,

Este filme foi feito pelo meu grupo de investigação,

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

e mostra o que ocorreu no universo após os momentos iniciais.

You see the universe started out pretty smooth,

O universo começou razoavelmente uniforme,

but there were some regions

mas havia algumas regiões

where there was a little bit more material.

com um pouco mais de matéria.

Gravity turned on and brought more and more mass

A gravidade passou a atuar e atraiu cada vez mais massa

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

para os locais onde já havia um pouco de matéria extra.

Com o passar do tempo,

Over time,

you get enough stuff in one place

há tanta massa num local,

that the hydrogen gas,

que o gás hidrogénio,

which was initially well mixed with the dark matter,

a princípio bem misturado com a matéria escura,

starts to separate from it,

começa a separar-se dela,

cool down, form stars,

a arrefecer, a formar estrelas,

and you get a small galaxy.

e temos uma pequena galáxia.

Over time, over billions and billions of years,

Com o passar do tempo, ao longo de milhares de milhões de anos,

those small galaxies crash into each other

aquelas pequenas galáxias chocaram,

and merge and grow to become larger galaxies,

fundiram-se e cresceram até se tornarem galáxias maiores

like our own galaxy, the Milky Way.

como a nossa própria galáxia, a Via Láctea.

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

Agora, o que aconteceria se não houvesse matéria escura?

If you don't have dark matter,

Sem matéria escura,

those spots never get clumpy enough.

aqueles pontos nunca se agrupariam de forma suficiente.

Acontece que é preciso, pelo menos, um milhão de vezes a massa do Sol,

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

in one dense region,

numa região densa,

before you can start forming stars.

antes de começarem a surgir estrelas.

And without dark matter,

Sem matéria escura,

you never get enough stuff in one place.

nunca haveria matéria suficiente no mesmo local.

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

Vemos aqui dois universos, lado a lado.

In one of them you can see

Num deles, dá para ver

that things get clumpy quickly.

que as coisas se agrupam rapidamente.

In that universe,

Nesse universo,

it's really easy to form galaxies.

é muito fácil formarem-se galáxias.

In the other universe,

No outro universo,

the things that start out like small clumps,

as coisas que começaram como pequenos agrupamentos

they just stay really small.

permanecem muito pequenos.

Not very much happens.

Não acontece grande coisa.

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

Naquele universo, não teríamos a nossa galáxia.

Or any other galaxy.

Ou qualquer outra galáxia.

You wouldn't get the Milky Way,

Não haveria a Via Láctea,

you wouldn't get the Sun,

não haveria o Sol,

you wouldn't get us.

nós não existiríamos.

We just couldn't exist in that universe.

Simplesmente não poderíamos existir naquele universo.

OK, então, essa coisa maluca, a matéria escura,

OK, so this crazy stuff, dark matter,

it's most of the mass in the universe,

compõe a maior parte da massa do universo,

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

passa através de nós agora mesmo, não existiríamos sem ela.

What is it?

O que é isso?

Well, we have no idea.

Bom, não fazemos ideia.

(Laughter)

(Risos)

But we have a lot of educated guesses,

Mas temos várias hipóteses razoáveis

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

e muitas ideias sobre como aprender mais.

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

Muitos físicos acham que a matéria escura é uma partícula,

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

parecida com partículas subatómicas conhecidas,

like protons and neutrons and electrons.

como protões, neutrões e eletrões.

Whatever it is,

O que quer que seja,

it behaves very similarly with respect to gravity.

tem um comportamento parecido quanto à gravidade.

But it doesn't emit or absorb light,

Mas não emite nem absorve luz,

and it goes right through normal matter,

e atravessa a matéria normal

as if it wasn't even there.

como se ela não existisse.

We'd like to know what particle it is.

Gostaríamos de saber que partícula é essa.

For example, how heavy is it?

Por exemplo, qual o seu peso?

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

Ou, acontece alguma coisa se ela interagir com a matéria normal?

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

Os físicos têm muitas ideias sobre o que ela poderá ser,

they're very creative.

são muito criativos.

Mas é muito difícil

But it's really hard,

because those ideas span a huge range.

porque essas ideias abrangem uma enorme variedade.

It could be as small as the smallest subatomic particles,

Poderia ser tão pequena quanto as menores partículas subatómicas,

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

mas poderia ser 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 astrónomos

have a lot of ways to look for dark matter.

têm muitas formas de procurar matéria escura.

Uma das coisas que estamos a fazer é construir detetores sensíveis

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

in deep underground mines,

em minas subterrâneas profundas

waiting for the possibility

esperando a possibilidade

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

de que uma partícula de matéria escura que atravesse as pessoas e a Terra,

would hit a denser material

atinja um material mais denso

and leave behind some trace of its passage.

e deixe atrás de si um rasto da sua passagem.

We're looking for dark matter in the sky,

Estamos a procurar matéria escura no céu,

for the possibility that dark matter particles

caso partículas de matéria escura

would crash into each other

choquem umas com as outras

and create high-energy light that we could see

e criem uma luz de alta energia que consigamos 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 a tentar criar matéria escura aqui, na Terra,

by smashing particles together and looking for what happens,

fazendo colidir partículas e observando o que acontece,

using the Large Hadron Collider in Switzerland.

usando o Grande Colisor de Hadrões, na Suíça.

Now, so far,

Até agora,

all of these experiments have taught us a lot

todas estas experiências têm-nos ensinado muito

about what dark matter isn't

sobre o que a matéria escura não é.

(Laughter)

(Risos)

but not yet what it is.

Mas não ainda sobre o que ela é.

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

Havia ideias muito boas sobre o que seria a matéria escura,

que essas experiências poderiam ter visto,

that these experiments would have seen.

And they didn't see them yet,

mas ainda não as viram.

so we have to keep looking and thinking harder.

Então temos de continuar a procurar e a refletir mais.

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

Agora, outra maneira de ter uma ideia do que é a matéria escura

is to study galaxies.

é estudar as galáxias.

We already talked about

Já falámos de como a nossa galáxia

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

e muitas outras galáxias nem sequer existiriam

without dark matter.

sem a matéria escura.

Those models also make predictions

Aqueles modelos também fazem previsões

for many other things about galaxies:

de muitas outras coisas sobre galáxias:

How they're distributed in the universe,

como se distribuem pelo universo,

how they move,

como se movem,

how they evolve over time.

como evoluem ao longo do tempo.

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

Podemos testar essas previsões com observações do céu.

So let me just give you two examples

Então, vou dar dois exemplos

of these kinds of measurements we can make with galaxies.

desse tipo de medições que podemos fazer com as galáxias.

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

O primeiro é que podemos fazer mapas do universo com as galáxias.

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

Faço parte de um estudo, o "Estudo da Energia Escura",

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

que fez o maior mapa do universo até aqui.

We measured the positions and shapes of 100 million galaxies

Medimos as posições e os formatos de 100 milhões de galáxias

over one-eighth of the sky.

num oitavo do céu.

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

Esse mapa mostra-nos toda a matéria nessa região do céu,

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

inferida pela luz distorcida desses 100 milhões de galáxias.

The light distorted from all of the matter

A luz distorcida 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 a ponto de curvar o caminho da luz.

E isso fornece-nos essa imagem.

And it gives us this image.

So these kinds of maps

Então esses tipos de mapa

can tell us about how much dark matter there is,

podem-nos dizer quanto há de matéria escura;

they also tell us where it is

também nos dizem onde ela está

e como ela muda ao longo do tempo.

and how it changes over time.

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

Estamos a tentar aprender do que o universo é feito

on the very largest scales.

em escalas muito grandes.

It turns out that the tiniest galaxies in the universe

Acontece que as galáxias mais pequenas do universo

provide some of the best clues.

fornecem algumas das melhores pistas.

So why is that?

Porque é que isso acontece?

Here are two example simulated universes

Estes são dois exemplos de universos simulados,

with two different kinds of dark matter.

com dois tipos distintos de matéria escura.

Both of these pictures are showing you a region

Ambas as imagens mostram uma região

around a galaxy like the Milky Way.

em torno de uma galáxia como a Via Láctea.

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

E é possível ver uma porção de outras matérias em volta,

little small clumps.

pequenos agrupamentos.

Now, in the image on the right,

Na imagem da direita

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

as partículas de matéria escura

movem-se mais devagar do que as da imagem da esquerda.

If those dark matter particles are moving really fast,

Se essas partículas de matéria negra se movem muito depressa,

then the gravity in small clumps is not strong enough

a gravidade nos agrupamentos mais pequenos não é bastante forte

to slow those fast particles down.

para desacelerar essas pequenas partículas.

And they keep going.

E elas continuam,

They never collapse into these small clumps.

nunca colidem com esses pequenos agrupamentos.

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

Temos menos agrupamentos do que no universo da direita.

If you don't have those small clumps,

Sem esses pequenos agrupamentos,

then you get fewer small galaxies.

temos menos galáxias pequenas.

If you look up at the southern sky,

Se olharmos para o céu meridional,

you can actually see two of these small galaxies,

conseguimos ver duas dessas galáxias pequenas,

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

as maiores entre as pequenas galáxias que orbitam a nossa 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.

detetámos várias outras galáxias ainda mais pequenas.

This is an example of one of them

Esse é um exemplo de uma delas

that we detected with the same dark energy survey

que detetámos no mesmo estudo de matéria escura

that we used to make maps of the universe.

que usámos para fazer mapas do universo.

These really small galaxies,

Algumas dessas galáxias muito pequenas,

some of them are extremely small.

são extremamente pequenas;

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

algumas têm apenas umas centenas de estrelas

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

em comparação com as centenas de milhares de milhões de estrelas

na Via Láctea.

So that makes them really hard to find.

Isso torna-as bem difíceis de serem encontradas.

But in the last decade,

Mas, na última década,

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

chegámos a encontrar várias dessas galáxias.

We now know of 60 of these tiny galaxies

Conhecemos agora 60 dessas pequenas galáxias

that are orbiting our own Milky Way.

a orbitar a nossa Via Láctea.

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

Essas criaturinhas são uma boa pista para a matéria escura,

Because just the existence of these galaxies tells us

porque a simples existência dessas galáxias diz-nos

that dark matter can't be moving very fast,

que a matéria escura não pode estar a mover-se muito depressa,

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

e não pode acontece grande coisa quando ela colide com a matéria normal.

In the next several years,

Nos próximos anos,

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

faremos mapas do céu muito mais precisos.

And those will help refine our movies

E isso ajudar-nos-á a melhorar os nossos filmes

of the whole universe and the entire galaxy.

de todo o universo e de toda a galáxia.

Physicists are also making new, more sensitive experiments

Os físicos também estão a fazer experiências novas e mais sensíveis

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

para tentar captar algum sinal de matéria escura nos seus laboratórios.

Dark matter is still a huge mystery.

A matéria escura ainda é um grande mistério.

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

Mas vivemos numa época bem muito excitante para investigá-la.

We have really clear evidence it exists.

Temos indícios muito claros da sua existência.

From the scale of the smallest galaxies

Da escala das galáxias mais pequenas

to the scale of the whole universe.

à escala de todo o universo.

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

Vamos realmente descobri-la? E entender o que ela é?

I have no idea.

Não faço a menor ideia.

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

Mas vai ser 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 vamos aprender mais sobre o que ela faz

and about what it isn't.

e sobre o que não faz.

Regardless of whether we find that particle anytime soon,

Independente de acharmos essa partícula dentro em breve,

I hope I have convinced you

espero ter-vos convencido

that this mystery is actually really close to home.

de que esse mistério está na verdade muito perto de nós.

The search for dark matter

A procura da matéria escura

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

pode ser a chave para um novo entendimento da Física

and our place in the universe.

e do nosso lugar no universo.

Thank you.

Obrigada.

(Applause)

(Aplausos)