Respostas:
Algumas adições à resposta do MBR:
De fato, não sabemos que a matéria escura e a energia escura existem, mas temos pistas indiretas. Você verá muitas vezes afirmações de que a matéria escura e a energia escura são dois dos principais problemas da cosmologia atualmente, inclusive por astrônomos profissionais, mas esse é um equívoco epistemológico: você não pode chamar uma hipótese de problema .
Atualmente, temos várias anomalias observacionais (conforme definido por T. Kuhn): a curva de rotação das galáxias, a luminosidade das supernovas, o espectro de potência da CMB ... (e algumas coisas adicionais, como a dificuldade de medir G ou detectar diretamente ondas gravitacionais).
De acordo com a história da ciência, temos três maneiras de resolver essas anomalias:
A matéria escura e a energia escura são duas abordagens ontológicas que parecem funcionar muito bem: adicionando dois componentes simples, podemos ajustar uma ampla gama de observações. É por isso que os astrônomos gostam deles: sua modelagem é relativamente fácil e permite encaixar tudo bem. Mas, no momento, não conhecemos sua natureza.
Alguns dizem que, com o WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) e o observatório espacial Planck , entramos na era da cosmologia de precisão: mas isso só é verdade se nosso paradigma de matéria escura / energia escura estiver correto. Se não for esse o caso, atualmente não interpretamos corretamente o que medimos, mas, em última análise, medidas mais precisas podem levar a uma melhor visão das anomalias cosmológicas atuais.
Portanto, matéria escura e energia escura são duas abordagens elegantes e minimalistas para vários problemas fundamentais. Este é um tópico muito quente na cosmologia, mas podemos perceber, um dia, que só tivemos problemas porque nosso paradigma atual era errôneo.
A matéria escura e a energia escura são duas coisas diferentes, responsáveis por diferentes observações.
Matéria escura :
A matéria escura é necessária para explicar, entre outras coisas, a curva de rotação das galáxias. Pode-se esperar que essas curvas de rotação diminuam em grandes raios (porque é de esperar a rotação kepleriana para galáxias), e não é o caso, as curvas de rotação são planas, o que representa uma "massa oculta" nas galáxias para sustentar essa rotação padrão, essa é a matéria escura. A matéria escura também é responsável por algumas propriedades de aglomerados de galáxias e flutuações de CMB.
Energia escura :
A energia escura é necessária para explicar a expansão acelerada do Universo. Essa expansão foi medida principalmente usando supernovas do tipo Ia (supernovas termonucleares, que são os resultados de uma anã branca acumulando matéria e atingindo a massa de Chandrasekhar) que são "velas padrão". Acredita-se que a magnitude absoluta desses objetos seja bem conhecida; portanto, se você os observar no Universo, poderá deduzir facilmente a distância deles do desvio para o vermelho. Essas observações mostram uma expansão acelerada do Universo (por expansão, queremos dizer que a distância relativa entre duas galáxias distantes está aumentando, a distância no Universo local não é afetada). Para explicar essa aceleração, é preciso alguma energia uniformemente distribuída no Universo, que é a energia escura.
Não fique confuso:
Energia escura e matéria escura não podem ser confundidas uma com a outra, porque a energia escura é distribuída uniformemente no Universo, enquanto a matéria escura segue alguma distribuição (geralmente é mais ou menos distribuída com a matéria).
Palavras finais:
Finalmente, "matéria escura" e "energia escura" são principalmente palavras para caracterizar nossa ignorância nessas observações que não podem ser explicadas pelas leis padrão da física. É por isso que existe um trabalho tão intenso sobre esses assuntos, para tentar caracterizar melhor essas coisas sombrias e entender o que elas podem ser.
Outra coisa sobre energia escura / matéria:
As pessoas têm uma idéia muito boa de que a energia escura existe porque, quando você mapeia a expansão de dois objetos no universo ao longo do tempo, desde sua origem, existe uma curva de sino. Basicamente, a velocidade da expansão do universo começou mais rápido do que diminuiu a velocidade e, recentemente (ou pelo menos relativamente), a expansão acelerou novamente. Isso implica que, quando o Universo começou, ele estava se expandindo rapidamente e, quando esse momento começou a diminuir, a gravidade começou a juntar as coisas. No entanto, para explicar a recente aceleração da expansão, deve haver uma força que aumentou de força ao longo do tempo e foi capaz de causar aceleração na expansão (tudo isso ocorre entre galáxias, em áreas como sistemas solares e galáxias, a gravidade é maior. muito forte para ser afetado). Acredita-se que, à medida que o universo se expande, a energia escura aumenta uniformemente para ocupar o novo espaço. Isso significa que a energia escura aumenta, acelerando a expansão.
Sabemos que o universo está se expandindo por causa do desvio para o vermelho. Basicamente, à medida que a luz viaja pelo universo, o universo está se expandindo. A uma distância suficiente, a luz perderá energia perceptivelmente, de modo que a luz violeta caia em direção ao vermelho (daí o nome mudar para vermelho). Isso ocorre porque, vista do nosso universo em expansão, a luz parece estar perdendo energia, quando na verdade está precisando viajar mais à medida que o espaço se expande.
Quanto à matéria escura, em resumo, sabemos que há algo que tem gravidade que não podemos detectar de outra maneira. A matéria escura, diferentemente da energia escura, não é uniforme. Forma formações de cordão, que correspondem às formações de cordão de galáxias.