TED2008
Patricia Burchat: Shedding light on dark matter
Patricia Burchat: Clarificar a matéria escura
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A física Patricia Burchat clarifica dois ingredientes básicos do nosso universo: matéria escura e energia escura. Formando em conjunto 96% do universo, não podem ser medidas diretamente, mas a sua influência é imensa.
Patricia Burchat - Particle physicist
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
Patricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe. Full bio
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00:18
As a particle physicist, I study the elementary particles
0
0
4000
Enquanto física de partículas,
eu estudo as partículas elementares
eu estudo as partículas elementares
00:22
and how they interact on the most fundamental level.
1
4000
3000
e como interagem
ao nível mais fundamental.
ao nível mais fundamental.
00:25
For most of my research career, I've been using accelerators,
2
7000
3000
Ao longo da maior parte da minha carreira
de investigadora usei aceleradores,
de investigadora usei aceleradores,
00:28
such as the electron accelerator at Stanford University, just up the road,
3
10000
3000
como o acelerador de eletrões
da Universidade de Stanford,
da Universidade de Stanford,
00:31
to study things on the smallest scale.
4
13000
3000
para estudar coisas à escala mais pequena.
00:34
But more recently, I've been turning my attention
5
16000
2000
Mas, ultimamente,
tenho voltado a minha atenção
tenho voltado a minha atenção
00:36
to the universe on the largest scale.
6
18000
3000
para o universo a grande escala.
00:39
Because, as I'll explain to you,
7
21000
2000
Porque, como vos explicarei,
00:41
the questions on the smallest and the largest scale are actually very connected.
8
23000
4000
as questões do universo a grande
e a pequena escala estão ligadas.
e a pequena escala estão ligadas.
00:45
So I'm going to tell you about our twenty-first-century view of the universe,
9
27000
5000
Por isso vou falar-vos da visão
que temos do universo no século XXI,
que temos do universo no século XXI,
de que é composto e quais são
as grandes questões nas ciências físicas,
as grandes questões nas ciências físicas,
00:50
what it's made of and what the big questions in the physical sciences are --
10
32000
3000
00:53
at least some of the big questions.
11
35000
2000
pelo menos algumas das grandes questões.
00:55
So, recently, we have realized
12
37000
3000
Então, recentemente, percebemos
00:58
that the ordinary matter in the universe --
13
40000
2000
que a matéria normal no universo
01:00
and by ordinary matter, I mean you, me,
14
42000
3000
— e por matéria normal
quero dizer vocês e eu,
quero dizer vocês e eu,
01:03
the planets, the stars, the galaxies --
15
45000
2000
os planetas, as estrelas, as galáxias —
01:05
the ordinary matter makes up only a few percent
16
47000
3000
a matéria normal representa apenas
uma pequena percentagem
uma pequena percentagem
01:08
of the content of the universe.
17
50000
2000
do conteúdo do universo.
01:10
Almost a quarter, or approximately a quarter
18
52000
3000
Quase um quarto,
ou aproximadamente um quarto,
ou aproximadamente um quarto,
01:13
of the matter in the universe, is stuff that's invisible.
19
55000
3000
da matéria no universo é algo invisível.
01:16
By invisible, I mean it doesn't absorb in the electromagnetic spectrum.
20
58000
4000
Por invisível, quero dizer que não absorve
no espectro eletromagnético,
no espectro eletromagnético,
01:20
It doesn't emit in the electromagnetic spectrum. It doesn't reflect.
21
62000
3000
não emite no espectro
eletromagnético, não reflete,
eletromagnético, não reflete,
01:23
It doesn't interact with the electromagnetic spectrum,
22
65000
2000
Não interage com
o espectro eletromagnético,
o espectro eletromagnético,
01:25
which is what we use to detect things.
23
67000
2000
que é o que usamos para detetar coisas.
01:27
It doesn't interact at all. So how do we know it's there?
24
69000
3000
Não interage de todo.
Então como sabemos que está lá?
Então como sabemos que está lá?
01:30
We know it's there by its gravitational effects.
25
72000
2000
Sabemos que está lá
pelos seus efeitos gravitacionais.
pelos seus efeitos gravitacionais.
01:32
In fact, this dark matter dominates
26
74000
3000
Na verdade, esta matéria escura domina
01:35
the gravitational effects in the universe on a large scale,
27
77000
3000
os efeitos gravitacionais
no universo em grande escala.
no universo em grande escala.
01:38
and I'll be telling you about the evidence for that.
28
80000
2000
Vou falar-vos sobre as provas para tal.
01:40
What about the rest of the pie?
29
82000
2000
E o resto do bolo?
01:42
The rest of the pie is a very mysterious substance called dark energy.
30
84000
4000
O resto do bolo é uma substância
muito misteriosa chamada energia escura.
muito misteriosa chamada energia escura.
01:46
More about that later, OK.
31
88000
2000
Volto a isso mais tarde, Ok?
01:48
So for now, let's turn to the evidence for dark matter.
32
90000
3000
Para já, voltemo-nos para as provas
da matéria escura.
da matéria escura.
01:51
In these galaxies, especially in a spiral galaxy like this,
33
93000
3000
Nestas galáxias, especialmente
em galáxias em espiral como esta,
em galáxias em espiral como esta,
01:54
most of the mass of the stars is concentrated in the middle of the galaxy.
34
96000
5000
a maior parte da massa das estrelas
está concentrada no meio da galáxia.
está concentrada no meio da galáxia.
01:59
This huge mass of all these stars keeps stars in circular orbits in the galaxy.
35
101000
7000
A enorme massa de todas estas estrelas
mantém as estrelas
em órbitas circulares na galáxia.
em órbitas circulares na galáxia.
02:06
So we have these stars going around in circles like this.
36
108000
3000
Por isso temos estas estrelas
a andar em círculos como este.
a andar em círculos como este.
02:09
As you can imagine, even if you know physics, this should be intuitive, OK --
37
111000
4000
Como podem imaginar — mesmo para quem
não sabe física, isto deve ser intuitivo —
não sabe física, isto deve ser intuitivo —
02:13
that stars that are closer to the mass in the middle will be rotating at a higher speed
38
115000
6000
as estrelas mais próximas da massa central
têm rotações mais rápidas
têm rotações mais rápidas
02:19
than those that are further out here, OK.
39
121000
3000
que aquelas que estão mais longe.
02:22
So what you would expect is that if you measured the orbital speed of the stars,
40
124000
5000
Então seria de esperar que, se medíssemos
as velocidades orbitais das estrelas,
as velocidades orbitais das estrelas,
02:27
that they should be slower on the edges than on the inside.
41
129000
4000
estas deveriam ser mais lentas
no exterior que no interior.
no exterior que no interior.
02:31
In other words, if we measured speed as a function of distance --
42
133000
2000
Ou seja, se medíssemos a velocidade
como função da distância
como função da distância
02:33
this is the only time I'm going to show a graph, OK --
43
135000
2000
— só vos vou mostrar este gráfico —
02:35
we would expect that it goes down as the distance increases
44
137000
4000
seria de esperar que
a velocidade baixasse
a velocidade baixasse
à medida que aumenta
a distância do centro da galáxia.
a distância do centro da galáxia.
02:39
from the center of the galaxy.
45
141000
2000
02:41
When those measurements are made,
46
143000
1000
Pelo contrário,
quando fazemos essas medições,
quando fazemos essas medições,
02:42
instead what we find is that the speed is basically constant,
47
144000
3000
verificamos que a velocidade
é essencialmente constante
é essencialmente constante
02:45
as a function of distance.
48
147000
2000
em função da distância.
02:47
If it's constant, that means that the stars out here
49
149000
3000
Se é constante, significa
que as estrelas aqui
que as estrelas aqui
02:50
are feeling the gravitational effects of matter that we do not see.
50
152000
4000
estão a sentir os efeitos gravitacionais
de matéria que nós não vemos.
de matéria que nós não vemos.
02:54
In fact, this galaxy and every other galaxy
51
156000
3000
Na verdade, esta galáxia,
como qualquer outra galáxia,
como qualquer outra galáxia,
02:57
appears to be embedded in a cloud of this invisible dark matter.
52
159000
5000
aparenta estar imersa numa nuvem
desta matéria escura invisível.
desta matéria escura invisível.
03:02
And this cloud of matter is much more spherical than the galaxy themselves,
53
164000
4000
E esta nuvem de matéria é muito
mais esférica que as próprias galáxias,
mais esférica que as próprias galáxias,
03:06
and it extends over a much wider range than the galaxy.
54
168000
4000
e estende-se por distâncias
muito maiores que a galáxia.
muito maiores que a galáxia.
03:10
So we see the galaxy and fixate on that, but it's actually a cloud of dark matter
55
172000
4000
Então vemos a galáxia e fixamo-nos nisso,
mas é uma nuvem de matéria escura
mas é uma nuvem de matéria escura
03:14
that's dominating the structure and the dynamics of this galaxy.
56
176000
5000
que está a dominar a estrutura
e as dinâmicas desta galáxia.
e as dinâmicas desta galáxia.
03:19
Galaxies themselves are not strewn randomly in space;
57
181000
3000
As próprias galáxias não estão espalhadas
aleatoriamente no espaço;
aleatoriamente no espaço;
03:22
they tend to cluster.
58
184000
2000
tendem a agrupar-se.
03:24
And this is an example of a very, actually, famous cluster, the Coma cluster.
59
186000
3000
isto é um exemplo de um aglomerado
bastante famoso, o aglomerado de Coma.
bastante famoso, o aglomerado de Coma.
03:27
And there are thousands of galaxies in this cluster.
60
189000
3000
Há milhares de galáxias neste aglomerado.
03:30
They're the white, fuzzy, elliptical things here.
61
192000
3000
São estas coisas brancas,
difusas e elíticas.
difusas e elíticas.
03:33
So these galaxy clusters -- we take a snapshot now,
62
195000
3000
Se tirarmos uma foto agora
a estes aglomerados de galáxias,
a estes aglomerados de galáxias,
03:36
we take a snapshot in a decade, it'll look identical.
63
198000
3000
e tirarmos outra daqui a 10 anos,
eles vão parecer idênticos.
eles vão parecer idênticos.
03:39
But these galaxies are actually moving at extremely high speeds.
64
201000
4000
Mas estas galáxias estão a mover-se
a altíssimas velocidades.
a altíssimas velocidades.
Estão a mover-se no poço potencial
gravitacional deste aglomerado.
gravitacional deste aglomerado.
03:43
They're moving around in this gravitational potential well of this cluster, OK.
65
205000
5000
03:48
So all of these galaxies are moving.
66
210000
2000
Todas estas galáxias estão em movimento.
03:50
We can measure the speeds of these galaxies, their orbital velocities,
67
212000
4000
Podemos medir as velocidades das galáxias,
as suas velocidades orbitais,
as suas velocidades orbitais,
03:54
and figure out how much mass is in this cluster.
68
216000
2000
e perceber quanta massa
existe neste aglomerado.
existe neste aglomerado.
03:56
And again, what we find is that there is much more mass there
69
218000
4000
E, novamente, o que encontramos
é que há lá muito mais massa
é que há lá muito mais massa
04:00
than can be accounted for by the galaxies that we see.
70
222000
4000
que aquilo que pode ser contabilizado
pelas galáxias que vemos.
pelas galáxias que vemos.
04:04
Or if we look in other parts of the electromagnetic spectrum,
71
226000
2000
Ou, se olharmos para outras partes
do espetro eletromagnético,
do espetro eletromagnético,
04:06
we see that there's a lot of gas in this cluster, as well.
72
228000
3000
vemos que também há muito gás
neste aglomerado.
neste aglomerado.
04:09
But that cannot account for the mass either.
73
231000
2000
Mas isso também não corresponde
à massa em falta.
à massa em falta.
04:11
In fact, there appears to be about ten times as much mass here
74
233000
3000
Parece haver cerca de 10 vezes
mais massa aqui,
mais massa aqui,
04:14
in the form of this invisible or dark matter
75
236000
3000
sob a forma desta matéria
escura ou invisível
escura ou invisível
04:17
as there is in the ordinary matter, OK.
76
239000
4000
do que há massa normal.
04:21
It would be nice if we could see this dark matter a little bit more directly.
77
243000
4000
Seria bom se pudéssemos ver
esta matéria escura
um pouco mais diretamente.
um pouco mais diretamente.
04:25
I'm just putting this big, blue blob on there, OK,
78
247000
2000
Sou eu que estou a colocar
esta grande bolha azul,
esta grande bolha azul,
04:27
to try to remind you that it's there.
79
249000
2000
para vos lembrar que está lá.
04:29
Can we see it more visually? Yes, we can.
80
251000
3000
Podemos representar mais visualmente?
Sim, podemos.
Sim, podemos.
04:32
And so let me lead you through how we can do this.
81
254000
2000
Vou mostrar-vos como podemos fazê-lo.
04:34
So here's an observer:
82
256000
2000
O observador está aqui.
04:36
it could be an eye; it could be a telescope.
83
258000
2000
É um olho, podia ser um telescópio.
04:38
And suppose there's a galaxy out here in the universe.
84
260000
2000
Suponham que há uma galáxia
algures no universo.
algures no universo.
04:40
How do we see that galaxy?
85
262000
2000
Como vemos esta galáxia?
04:42
A ray of light leaves the galaxy and travels through the universe
86
264000
3000
Um raio de luz parte da galáxia
e viaja através do universo
e viaja através do universo
04:45
for perhaps billions of years
87
267000
2000
durante milhares de milhões de anos
04:47
before it enters the telescope or your eye.
88
269000
3000
antes de entrar no telescópio
ou nos nossos olhos.
ou nos nossos olhos.
04:50
Now, how do we deduce where the galaxy is?
89
272000
3000
Como podemos deduzir
onde fica essa galáxia?
onde fica essa galáxia?
04:53
Well, we deduce it by the direction that the ray is traveling
90
275000
3000
Podemos deduzi-lo pela direção
em que o raio viaja
em que o raio viaja
04:56
as it enters our eye, right?
91
278000
2000
quando atinge o nosso olho, certo?
04:58
We say, the ray of light came this way;
92
280000
2000
Dizemos, o raio de luz veio por aqui,
05:00
the galaxy must be there, OK.
93
282000
2000
a galáxia tem que estar ali.
05:02
Now, suppose I put in the middle a cluster of galaxies --
94
284000
4000
Agora, suponham que coloco no meio
um aglomerado de galáxias.
um aglomerado de galáxias.
05:06
and don't forget the dark matter, OK.
95
288000
2000
Não se esqueçam da matéria escura.
05:08
Now, if we consider a different ray of light, one going off like this,
96
290000
4000
Se consideramos um raio de luz
diferente, um que vá assim,
diferente, um que vá assim,
05:12
we now need to take into account
97
294000
2000
temos de ter em conta
o que Einstein previu
o que Einstein previu
05:14
what Einstein predicted when he developed general relativity.
98
296000
3000
quando desenvolveu a relatividade geral.
05:17
And that was that the gravitational field, due to mass,
99
299000
4000
Ou seja, que o campo gravitacional,
devido à massa,
devido à massa,
05:21
will deflect not only the trajectory of particles,
100
303000
3000
vai desviar não só
a trajetória de partículas
a trajetória de partículas
05:24
but will deflect light itself.
101
306000
3000
mas vai desviar a própria luz.
05:27
So this light ray will not continue in a straight line,
102
309000
3000
Então este raio de luz
não vai continuar em linha reta,
não vai continuar em linha reta,
05:30
but would rather bend and could end up going into our eye.
103
312000
4000
mas vai curvar-se e pode acabar
por chegar aos nossos olhos.
por chegar aos nossos olhos.
05:34
Where will this observer see the galaxy?
104
316000
3000
Onde é que este observador vê a galáxia?
05:37
You can respond. Up, right?
105
319000
4000
Podem responder. Lá em cima, não é?
Nós extrapolamos para trás
e dizemos que a galáxia está aqui.
e dizemos que a galáxia está aqui.
05:41
We extrapolate backwards and say the galaxy is up here.
106
323000
3000
05:44
Is there any other ray of light
107
326000
1000
Há algum outro raio de luz
05:45
that could make into the observer's eye from that galaxy?
108
327000
3000
que possa chegar ao observador
vindo daquela galáxia?
vindo daquela galáxia?
05:48
Yes, great. I see people going down like this.
109
330000
3000
Há, ótimo. Estou a ver pessoas
a apontar para baixo.
a apontar para baixo.
05:51
So a ray of light could go down, be bent
110
333000
2000
O raio de luz pode descer, curvar
05:53
up into the observer's eye,
111
335000
2000
para cima em direção ao observador,
05:55
and the observer sees a ray of light here.
112
337000
2000
e o observador vê o raio de luz aqui.
05:57
Now, take into account the fact that we live in
113
339000
2000
Agora, tenham em conta que vivemos
05:59
a three-dimensional universe, OK,
114
341000
2000
num universo tridimensional,
06:01
a three-dimensional space.
115
343000
2000
num espaço tridimensional.
06:03
Are there any other rays of light that could make it into the eye?
116
345000
3000
Haverá outros raios de luz
que possam chegar aos nossos olhos?
que possam chegar aos nossos olhos?
06:06
Yes! The rays would lie on a -- I'd like to see -- yeah, on a cone.
117
348000
6000
(Risos)
Claro! Os raios formariam um cone.
Então há raios de luz,
raios de luz num cone,
raios de luz num cone,
06:12
So there's a whole ray of light -- rays of light on a cone --
118
354000
2000
06:14
that will all be bent by that cluster
119
356000
2000
que são curvados pelo aglomerado
06:16
and make it into the observer's eye.
120
358000
3000
e vão chegar ao olho do observador.
06:19
If there is a cone of light coming into my eye, what do I see?
121
361000
5000
Se há um cone de luz em direção
aos meus olhos, o que é que vejo?
aos meus olhos, o que é que vejo?
06:24
A circle, a ring. It's called an Einstein ring. Einstein predicted that, OK.
122
366000
4000
Um círculo, um anel.
Chama-se anel de Einstein,
que Einstein previu.
que Einstein previu.
06:28
Now, it will only be a perfect ring if the source, the deflector
123
370000
5000
Mas só será um anel perfeito
se a fonte, o deflector e o olho
se a fonte, o deflector e o olho
06:33
and the eyeball, in this case, are all in a perfectly straight line.
124
375000
5000
estiverem numa linha reta perfeita.
06:38
If they're slightly skewed, we'll see a different image.
125
380000
3000
Se estiverem ligeiramente desviados,
veremos uma imagem diferente.
veremos uma imagem diferente.
06:41
Now, you can do an experiment tonight over the reception, OK,
126
383000
3000
Podem fazer uma experiência
hoje à noite na receção,
hoje à noite na receção,
06:44
to figure out what that image will look like.
127
386000
3000
para perceber como seria essa imagem.
06:47
Because it turns out that there is a kind of lens that we can devise,
128
389000
4000
Porque acontece que há
um tipo de lente que podemos conceber,
um tipo de lente que podemos conceber,
06:51
that has the right shape to produce this kind of effect.
129
393000
3000
que tem a forma perfeita
para produzir esse tipo de efeito.
para produzir esse tipo de efeito.
06:54
We call this gravitational lensing.
130
396000
2000
Chamamos a isto lente gravitacional.
06:56
And so, this is your instrument, OK.
131
398000
3000
Portanto, este é o vosso instrumento.
06:59
(Laughter).
132
401000
1000
(Risos)
07:00
But ignore the top part.
133
402000
3000
Mas ignorem a parte de cima.
07:03
It's the base that I want you to concentrate, OK.
134
405000
3000
É na base que se devem concentrar.
Na verdade, lá em casa, sempre
que partimos um copo de vinho,
que partimos um copo de vinho,
07:06
So, actually, at home, whenever we break a wineglass,
135
408000
2000
07:08
I save the bottom, take it over to the machine shop.
136
410000
2000
eu guardo o fundo e levo-o para a oficina.
07:10
We shave it off, and I have a little gravitational lens, OK.
137
412000
4000
Limamo-lo, e eu fico
com uma pequena lente gravitacional.
com uma pequena lente gravitacional.
07:14
So it's got the right shape to produce the lensing.
138
416000
2000
Tem a forma exata para produzir o efeito.
07:16
And so the next thing you need to do in your experiment
139
418000
2000
Para continuarem a vossa experiência,
peguem num guardanapo.
peguem num guardanapo.
07:18
is grab a napkin. I grabbed a piece of graph paper -- I'm a physicist. (Laughter)
140
420000
4000
Eu usei papel milimétrico. Sou física.
07:22
So, a napkin. Draw a little model galaxy in the middle.
141
424000
4000
(Risos)
Desenhem uma galáxia modelo
no meio do guardanapo.
no meio do guardanapo.
07:26
And now put the lens over the galaxy,
142
428000
3000
Depois coloquem a lente sobre a galáxia
07:29
and what you'll find is that you'll see a ring, an Einstein ring.
143
431000
3000
e vão conseguir ver um anel,
um anel de Einstein.
um anel de Einstein.
07:32
Now, move the base off to the side,
144
434000
3000
Agora, movam a base para o lado,
07:35
and the ring will split up into arcs, OK.
145
437000
3000
e o anel vai dividir-se em arcos.
07:38
And you can put it on top of any image.
146
440000
2000
Podem colocar a lente
em cima de qualquer imagem.
em cima de qualquer imagem.
07:40
On the graph paper, you can see
147
442000
1000
No papel milimétrico vemos
como todas as linhas ficam distorcidas.
como todas as linhas ficam distorcidas.
07:41
how all the lines on the graph paper have been distorted.
148
443000
2000
07:43
And again, this is a kind of an accurate model
149
445000
3000
Isto é uma representação fiel
07:46
of what happens with the gravitational lensing.
150
448000
2000
do que acontece
com as lentes gravitacionais.
com as lentes gravitacionais.
07:48
OK, so the question is: do we see this in the sky?
151
450000
4000
Então a questão é: nós vemos isto no céu?
07:52
Do we see arcs in the sky when we look at, say, a cluster of galaxies?
152
454000
4000
Vemos arcos no céu quando olhamos
para um aglomerado de galáxias?
para um aglomerado de galáxias?
07:56
And the answer is yes.
153
458000
2000
E a resposta é: sim.
07:58
And so, here's an image from the Hubble Space Telescope.
154
460000
2000
Esta é uma imagem
do telescópio espacial Hubble.
do telescópio espacial Hubble.
08:00
Many of the images you are seeing
155
462000
2000
Muitas das imagens que veem
08:02
are earlier from the Hubble Space Telescope.
156
464000
2000
são mais antigas
que o telescópio espacial Hubble.
que o telescópio espacial Hubble.
08:04
Well, first of all, for the golden shape galaxies --
157
466000
2000
Antes de mais, as galáxias douradas
08:06
those are the galaxies in the cluster.
158
468000
3000
são as galáxias do aglomerado.
08:09
They're the ones that are embedded in that sea of dark matter
159
471000
4000
São as que estão imersas
naquele mar de matéria escura
naquele mar de matéria escura
08:13
that are causing the bending of the light
160
475000
2000
que estão a causar a curvatura da luz
08:15
to cause these optical illusions, or mirages, practically,
161
477000
3000
e causam estas ilusões
de ótica, ou miragens
de ótica, ou miragens
08:18
of the background galaxies.
162
480000
2000
das galáxias de fundo.
08:20
So the streaks that you see, all these streaks,
163
482000
3000
Então todas estas faixas que estão a ver
08:23
are actually distorted images of galaxies that are much further away.
164
485000
4000
são imagens distorcidas
de galáxias muito mais distantes.
de galáxias muito mais distantes.
08:27
So what we can do, then, is based on how much distortion
165
489000
3000
Portanto, baseamo-nos
na quantidade de distorção
na quantidade de distorção
08:30
we see in those images, we can calculate how much mass
166
492000
4000
que vemos naquelas imagens,
para calcular a quantidade de massa
para calcular a quantidade de massa
08:34
there must be in this cluster.
167
496000
2000
que deve existir neste aglomerado.
08:36
And it's an enormous amount of mass.
168
498000
2000
É uma enorme quantidade de massa.
Também conseguimos perceber,
olhando para isto,
olhando para isto,
08:38
And also, you can tell by eye, by looking at this,
169
500000
2000
08:40
that these arcs are not centered on individual galaxies.
170
502000
4000
que estes arcos não estão centrados
em galáxias individuais;
em galáxias individuais;
08:44
They are centered on some more spread out structure,
171
506000
4000
estão centrados
numa estrutura mais espalhada.
numa estrutura mais espalhada.
08:48
and that is the dark matter
172
510000
4000
E isso é a matéria escura
08:52
in which the cluster is embedded, OK.
173
514000
3000
em que o aglomerado está imerso.
08:55
So this is the closest you can get to kind of seeing
174
517000
2000
Isto é o mais próximo que podemos estar
08:57
at least the effects of the dark matter with your naked eye.
175
519000
3000
de ver, pelo menos os efeitos
da matéria escura a olho nu.
da matéria escura a olho nu.
09:00
OK, so, a quick review then, to see that you're following.
176
522000
3000
Uma pequena revisão,
para ver se estão a acompanhar.
para ver se estão a acompanhar.
09:03
So the evidence that we have
177
525000
2000
A evidência que temos de que
um quarto do universo é matéria escura,
um quarto do universo é matéria escura,
09:05
that a quarter of the universe is dark matter --
178
527000
2000
09:07
this gravitationally attracting stuff --
179
529000
2000
essa coisa com atração gravitacional,
09:09
is that galaxies, the speed with which stars orbiting galaxies
180
531000
4000
é que as velocidades
a que as estrelas orbitam as galáxias
a que as estrelas orbitam as galáxias
são demasiado grandes, têm que estar
envolvidas em matéria escura.
envolvidas em matéria escura.
09:13
is much too large; it must be embedded in dark matter.
181
535000
3000
09:16
The speed with which galaxies within clusters are orbiting is much too large;
182
538000
4000
A velocidade a que as galáxias orbitam
nos aglomerados é demasiado grande,
nos aglomerados é demasiado grande,
as galáxias têm que estar
envolvidas em matéria escura.
envolvidas em matéria escura.
09:20
it must be embedded in dark matter.
183
542000
2000
09:22
And we see these gravitational lensing effects, these distortions
184
544000
4000
Vemos estes efeitos de lente gravitacional.
Estas distorções também dizem
09:26
that say that, again, clusters are embedded in dark matter.
185
548000
3000
que os aglomerados
estão imersos em matéria escura.
estão imersos em matéria escura.
09:29
OK. So now, let's turn to dark energy.
186
551000
4000
Então agora voltemo-nos
para a energia escura.
para a energia escura.
Para perceber as evidências para
a energia escura, temos de discutir algo
a energia escura, temos de discutir algo
09:33
So to understand the evidence for dark energy, we need to discuss something
187
555000
3000
09:36
that Stephen Hawking referred to in the previous session.
188
558000
4000
a que o Stephen Hawking aludiu
numa sessão anterior.
numa sessão anterior.
09:40
And that is the fact that space itself is expanding.
189
562000
4000
Isto é, o facto de o próprio espaço
estar em expansão.
estar em expansão.
09:44
So if we imagine a section of our infinite universe --
190
566000
5000
Então imaginemos uma secção
do nosso universo infinito,
do nosso universo infinito,
09:49
and so I've put down four spiral galaxies, OK --
191
571000
3000
na qual eu coloquei 4 galáxias espirais.
09:52
and imagine that you put down a set of tape measures,
192
574000
4000
Imaginem que colocam
um conjunto de fitas métricas,
um conjunto de fitas métricas,
para que cada linha aqui
corresponda a uma fita métrica,
corresponda a uma fita métrica,
09:56
so every line on here corresponds to a tape measure,
193
578000
2000
09:58
horizontal or vertical, for measuring where things are.
194
580000
4000
horizontal ou vertical,
para medirmos onde estão as coisas.
para medirmos onde estão as coisas.
Se pudessem fazer isto,
o que iam descobrir
o que iam descobrir
10:02
If you could do this, what you would find
195
584000
2000
10:04
that with each passing day, each passing year,
196
586000
3000
é que a cada dia que passa,
a cada ano que passa,
a cada ano que passa,
10:07
each passing billions of years, OK,
197
589000
3000
a cada milhar de milhões de anos que passa,
10:10
the distance between galaxies is getting greater.
198
592000
3000
a distância entre galáxias
está a aumentar.
está a aumentar.
Não é porque as galáxias se estejam
10:13
And it's not because galaxies are moving
199
595000
1000
10:14
away from each other through space.
200
596000
3000
a afastar umas das outras
através do espaço;
através do espaço;
não estão necessariamente
a mover-se através do espaço.
a mover-se através do espaço.
10:17
They're not necessarily moving through space.
201
599000
2000
10:19
They're moving away from each other
202
601000
2000
Estão a afastar-se umas das outras
10:21
because space itself is getting bigger, OK.
203
603000
3000
porque o próprio espaço está a aumentar.
10:24
That's what the expansion of the universe or space means.
204
606000
4000
É isso que significa a expansão
do universo ou do espaço.
do universo ou do espaço.
10:28
So they're moving further apart.
205
610000
2000
Então estão a afastar-se cada vez mais.
10:30
Now, what Stephen Hawking mentioned, as well,
206
612000
4000
Agora, Stephen Hawking também referiu
10:34
is that after the Big Bang, space expanded at a very rapid rate.
207
616000
6000
que, depois do Big Bang, o espaço
se expandiu a um ritmo enorme.
se expandiu a um ritmo enorme.
10:40
But because gravitationally attracting matter
208
622000
4000
Mas como a matéria
gravitacionalmente atrativa
gravitacionalmente atrativa
10:44
is embedded in this space,
209
626000
2000
está imersa neste espaço,
10:46
it tends to slow down the expansion of the space, OK.
210
628000
3000
tem tendência a travar
a expansão do espaço.
a expansão do espaço.
10:49
So the expansion slows down with time.
211
631000
3000
Então a expansão
vai desacelerando com o tempo.
vai desacelerando com o tempo.
10:52
So, in the last century, OK, people debated
212
634000
4000
No século passado,
as pessoas discutiram
as pessoas discutiram
10:56
about whether this expansion of space would continue forever;
213
638000
5000
se esta expansão do espaço
continuaria para sempre,
continuaria para sempre,
11:01
whether it would slow down, you know,
214
643000
2000
ou se iria abrandar,
11:03
will be slowing down, but continue forever;
215
645000
2000
abrandar, mas continuando para sempre.
11:05
slow down and stop, asymptotically stop;
216
647000
5000
Abrandar até parar,
parar assintoticamente,
parar assintoticamente,
11:10
or slow down, stop, and then reverse, so it starts to contract again.
217
652000
5000
ou abrandar, parar, e inverter o sentido,
começando a contrair-se novamente.
começando a contrair-se novamente.
11:15
So a little over a decade ago,
218
657000
2000
Há pouco mais de uma década,
11:17
two groups of physicists and astronomers
219
659000
5000
dois grupos de físicos e astrónomos
11:22
set out to measure the rate at which
220
664000
2000
lançaram-se na tentativa de medir o ritmo
11:24
the expansion of space was slowing down, OK.
221
666000
4000
a que a expansão do espaço
estava a abrandar.
estava a abrandar.
11:28
By how much less is it expanding today,
222
670000
2000
Por quão menos se expande hoje,
11:30
compared to, say, a couple of billion years ago?
223
672000
3000
em comparação com
há 2 mil milhões de anos.
há 2 mil milhões de anos.
11:33
The startling answer to this question, OK, from these experiments,
224
675000
5000
A assustadora resposta a esta questão,
a partir destas experiências,
a partir destas experiências,
11:38
was that space is expanding at a faster rate today
225
680000
4000
foi que o espaço se está a expandir
a um ritmo maior hoje,
a um ritmo maior hoje,
11:42
than it was a few billion years ago, OK.
226
684000
3000
que há uns milhares de milhões de anos.
11:45
So the expansion of space is actually speeding up.
227
687000
3000
Então a expansão do espaço
está a acelerar.
está a acelerar.
11:48
This was a completely surprising result.
228
690000
3000
Este foi um resultado
totalmente surpreendente.
totalmente surpreendente.
11:51
There is no persuasive theoretical argument for why this should happen, OK.
229
693000
6000
Não há nenhum argumento teórico persuasivo
que explique porque isto acontece.
que explique porque isto acontece.
11:57
No one was predicting ahead of time this is what's going to be found.
230
699000
3000
Ninguém conseguiu prever
que seria isto que encontraríamos.
que seria isto que encontraríamos.
12:00
It was the opposite of what was expected.
231
702000
2000
Era o oposto do que esperávamos.
12:02
So we need something to be able to explain that.
232
704000
3000
Então precisamos de algo
para podermos explicar isso.
para podermos explicar isso.
12:05
Now it turns out, in the mathematics,
233
707000
2000
Acontece que, nas equações,
12:07
you can put it in as a term that's an energy,
234
709000
4000
pode colocar-se um termo
que é uma energia.
que é uma energia.
Mas é um tipo de energia
totalmente diferente
totalmente diferente
12:11
but it's a completely different type of energy
235
713000
1000
12:12
from anything we've ever seen before.
236
714000
2000
de tudo que tenhamos visto antes.
12:14
We call it dark energy,
237
716000
2000
Chamamo-la de energia escura,
12:16
and it has this effect of causing space to expand.
238
718000
3000
e tem este efeito de fazer
com que o espaço se expanda.
com que o espaço se expanda.
12:19
But we don't have a good motivation
239
721000
2000
Mas não temos uma boa razão
12:21
for putting it in there at this point, OK.
240
723000
2000
para a colocar lá nesta altura.
12:23
So it's really unexplained as to why we need to put it in.
241
725000
3000
Por isso está por explicar
por que razão temos de a colocar.
por que razão temos de a colocar.
12:26
Now, so at this point, then, what I want to really emphasize to you,
242
728000
4000
Neste momento, o que quero destacar,
é que, antes de mais,
a matéria escura e a energia escura
a matéria escura e a energia escura
12:30
is that, first of all, dark matter and dark energy
243
732000
2000
12:32
are completely different things, OK.
244
734000
2000
são coisas completamente diferentes.
12:34
There are really two mysteries out there as to what makes up most of the universe,
245
736000
4000
Há dois mistérios no que diz respeito
à constituição da maior parte do universo,
à constituição da maior parte do universo,
12:38
and they have very different effects.
246
740000
3000
e têm efeitos muito diferentes.
12:41
Dark matter, because it gravitationally attracts,
247
743000
3000
A matéria escura,
porque atrai gravitacionalmente,
porque atrai gravitacionalmente,
12:44
it tends to encourage the growth of structure, OK.
248
746000
4000
tende a encorajar
o crescimento de estruturas.
o crescimento de estruturas.
12:48
So clusters of galaxies will tend to form,
249
750000
3000
Tendem a formar-se
aglomerados de galáxias
aglomerados de galáxias
12:51
because of all this gravitational attraction.
250
753000
2000
devido a toda esta atração gravitacional.
12:53
Dark energy, on the other hand,
251
755000
2000
A energia escura, por outro lado,
12:55
is putting more and more space between the galaxies,
252
757000
4000
está a colocar cada vez
mais espaço entre as galáxias.
mais espaço entre as galáxias.
12:59
makes it, the gravitational attraction between them decrease,
253
761000
3000
Faz com que a atração gravitacional
entre elas diminua,
entre elas diminua,
13:02
and so it impedes the growth of structure.
254
764000
3000
e impede o crescimento de estruturas.
13:05
So by looking at things like clusters of galaxies,
255
767000
3000
Então olhando para coisas
como aglomerados de galáxias,
como aglomerados de galáxias,
13:08
and how they -- their number density,
256
770000
4000
e como elas — a sua densidade numérica,
13:12
how many there are as a function of time --
257
774000
2000
quantas existem como função do tempo —
13:14
we can learn about how dark matter and dark energy
258
776000
4000
podemos aprender como esta matéria escura
e energia escura
e energia escura
13:18
compete against each other in structure forming.
259
780000
3000
competem entre elas
na formação de estruturas.
na formação de estruturas.
13:21
In terms of dark matter, I said that we don't have any,
260
783000
3000
Em relação à matéria escura,
eu disse que não temos
eu disse que não temos
13:24
you know, really persuasive argument for dark energy.
261
786000
4000
qualquer argumento persuasivo
a favor da energia escura.
a favor da energia escura.
13:28
Do we have anything for dark matter? And the answer is yes.
262
790000
3000
E temos algum em favor da matéria escura?
A resposta é: sim.
A resposta é: sim.
13:31
We have well-motivated candidates for the dark matter.
263
793000
3000
Temos candidatos bem suportados
para a matéria escura.
para a matéria escura.
13:34
Now, what do I mean by well motivated?
264
796000
3000
O que é que quero dizer
por bem suportados?
por bem suportados?
13:37
I mean that we have mathematically consistent theories
265
799000
5000
Quero dizer que temos teorias
matematicamente consistentes
matematicamente consistentes
13:42
that were actually introduced
266
804000
2000
que foram introduzidas
13:44
to explain a completely different phenomenon, OK,
267
806000
3000
para explicar um fenómeno
completamente diferente,
completamente diferente,
13:47
things that I haven't even talked about,
268
809000
2000
sobre coisas de que nem sequer falei,
13:49
that each predict the existence
269
811000
3000
que preveem a existência
13:52
of a very weakly interacting, new particle.
270
814000
3000
de uma nova partícula
com interação fraca.
com interação fraca.
13:55
So, this is exactly what you want in physics:
271
817000
2000
É exatamente isto
que queremos em Física:
que queremos em Física:
13:57
where a prediction comes out of a mathematically consistent theory
272
819000
4000
quando uma previsão decorre de uma teoria
matematicamente consistente
matematicamente consistente
14:01
that was actually developed for something else.
273
823000
2000
que até foi desenvolvida para outra coisa.
14:03
But we don't know if either of those
274
825000
3000
Mas nós não sabemos se qualquer delas
14:06
are actually the dark matter candidate, OK.
275
828000
3000
é uma candidata para a matéria escura.
14:09
One or both, who knows? Or it could be something completely different.
276
831000
3000
Uma ou ambas, quem sabe?
Ou pode ser algo totalmente diferente.
Ou pode ser algo totalmente diferente.
14:12
Now, we look for these dark matter particles
277
834000
2000
Se olharmos para estas partículas
de matéria escura,
de matéria escura,
14:14
because, after all, they are here in the room, OK,
278
836000
3000
porque, afinal, elas estão aqui na sala
e não passaram pela porta.
14:17
and they didn't come in the door.
279
839000
1000
14:18
They just pass through anything.
280
840000
2000
Elas passam através de qualquer coisa.
14:20
They can come through the building, through the Earth --
281
842000
2000
Podem atravessar um edifício, a Terra,
14:22
they're so non-interacting.
282
844000
2000
por interagirem tão pouco.
14:24
So one way to look for them is to build detectors
283
846000
3000
Uma das formas de as procurarmos
é construir detetores
é construir detetores
14:27
that are extremely sensitive to a dark matter particle coming through and bumping it.
284
849000
4000
que sejam extremamente sensíveis
à presença de partículas de matéria escura.
à presença de partículas de matéria escura.
14:31
So a crystal that will ring if that happens.
285
853000
3000
Como um cristal que alerte
se isso acontecer.
se isso acontecer.
Um dos meus colegas
e os seus colaboradores
e os seus colaboradores
14:34
So one of my colleagues up the road and his collaborators
286
856000
2000
14:36
have built such a detector.
287
858000
2000
construíram um desses detetores.
14:38
And they've put it deep down in an iron mine in Minnesota,
288
860000
3000
Colocaram-no bem no fundo
duma mina de ferro no Minnesota,
duma mina de ferro no Minnesota,
14:41
OK, deep under the ground, and in fact, in the last couple of days
289
863000
3000
Nos últimos dois dias
14:44
announced the most sensitive results so far.
290
866000
3000
anunciaram os resultados
mais sensíveis até agora.
mais sensíveis até agora.
Eles não viram nada, mas aquilo
estabeleceu limites à massa e à força
estabeleceu limites à massa e à força
14:47
They haven't seen anything, OK, but it puts limits on what the mass
291
869000
3000
14:50
and the interaction strength of these dark matter particles are.
292
872000
3000
da interação que estas partículas
de matéria escura podem ter.
de matéria escura podem ter.
14:53
There's going to be a satellite telescope launched later this year
293
875000
4000
Vai haver o lançamento
de um telescópio satélite este ano.
de um telescópio satélite este ano.
14:57
and it will look towards the middle of the galaxy,
294
879000
3000
Vai olhar em direção
ao centro da galáxia,
ao centro da galáxia,
para ver se podemos ver partículas
de matéria escura a aniquilarem-se
de matéria escura a aniquilarem-se
15:00
to see if we can see dark matter particles annihilating
295
882000
2000
15:02
and producing gamma rays that could be detected with this.
296
884000
4000
e a produzir raios gama
que possam ser detetados.
que possam ser detetados.
O Grande Colisionador de Hadrões,
um acelerador de partículas,
um acelerador de partículas,
15:06
The Large Hadron Collider, a particle physics accelerator,
297
888000
3000
15:09
that we'll be turning on later this year.
298
891000
3000
que vai ser ligado este ano.
15:12
It is possible that dark matter particles might be produced
299
894000
3000
É possível que possam produzir-se
partículas de matéria escura
partículas de matéria escura
15:15
at the Large Hadron Collider.
300
897000
2000
no Grande Colisionador de Hadrões.
Mas, como interagem tão pouco,
15:17
Now, because they are so non-interactive,
301
899000
1000
15:18
they will actually escape the detector,
302
900000
3000
vão escapar ao detetor,
15:21
so their signature will be missing energy, OK.
303
903000
3000
por isso a sua assinatura
será a falta de energia.
será a falta de energia.
15:24
Now, unfortunately, there is a lot of new physics
304
906000
3000
Infelizmente,
há muitas coisas novas na Física
há muitas coisas novas na Física
cuja assinatura possa ser
a falta de energia,
a falta de energia,
15:27
whose signature could be missing energy,
305
909000
2000
15:29
so it will be hard to tell the difference.
306
911000
2000
por isso vai ser difícil diferenciá-las.
15:31
And finally, for future endeavors, there are telescopes being designed
307
913000
5000
E, por fim, para novos empreendimentos,
há telescópios a serem desenhados
há telescópios a serem desenhados
15:36
specifically to address the questions of dark matter and dark energy --
308
918000
4000
especificamente para tratar da questão
da matéria escura e energia escura.
da matéria escura e energia escura.
15:40
ground-based telescopes, and there are three space-based telescopes
309
922000
3000
Há telescópios terrestres
e há 3 telescópios astronómicos
e há 3 telescópios astronómicos
15:43
that are in competition right now
310
925000
2000
que estão em competição neste momento
para serem lançados e investigarem
a matéria escura e a energia escura.
a matéria escura e a energia escura.
15:45
to be launched to investigate dark matter and dark energy.
311
927000
3000
15:48
So in terms of the big questions:
312
930000
2000
Em termos das grandes questões:
15:50
what is dark matter? What is dark energy?
313
932000
2000
O que é matéria escura?
O que é energia escura?
O que é energia escura?
15:52
The big questions facing physics.
314
934000
2000
As grandes questões da Física.
15:54
And I'm sure you have lots of questions,
315
936000
3000
Tenho a certeza que têm muitas perguntas
15:57
which I very much look forward to addressing
316
939000
2000
a que terei muito gosto em responder
15:59
over the next 72 hours, while I'm here. Thank you.
317
941000
2000
durantes as próximas 72 horas,
enquanto cá estou.
enquanto cá estou.
16:01
(Applause)
318
943000
3000
Obrigada.
(Aplausos)
ABOUT THE SPEAKER
Patricia Burchat - Particle physicistPatricia Burchat studies the structure and distribution of dark matter and dark energy. These mysterious ingredients can't be measured in conventional ways, yet form a quarter of the mass of our universe.
Why you should listen
Patricia Burchat studies the universe's most basic ingredients -- the mysterious dark energy and dark matter that are massively more abundant than the visible stars and galaxies. She is one of the founders of the BaBar Collaboration at the Stanford Linear Accelerator Center, a project that's hoping to answer the question, "If there are as many anti-particles as there are particles, why can't we see all these anti-particles?"
She's a member of the Large Synoptic Survey Telescope project, which will allow scientists to monitor exploding supernovae and determine how fast the universe is expanding -- and map how mass is distributed throughout the universe. She's also part of Fermilab Experiment E791, studying the production and decay of charmed particles. Burchat received a Guggenheim Fellowship in 2005.
Patricia Burchat | Speaker | TED.com