O problema numa imagem
Meça a velocidade das estrelas a diferentes distâncias do centro de uma galáxia e você obtém uma curva de rotação. A gravidade newtoniana aplicada à matéria visível prevê que a curva deve subir e depois cair, assim como os planetas externos se movem mais devagar que os internos. As galáxias espirais reais não fazem isso: suas curvas sobem e permanecem planas muito além do disco visível.
Vera Rubin e Kent Ford mostraram isso para Andrômeda em 1970 (Astrophysical Journal 159, 379), e uma década de medições transformou o fato em regra. Algo acrescenta gravidade onde há pouca matéria visível.
Resposta 1: halos de matéria escura
A resposta padrão é matéria invisível distribuída num halo aproximadamente esférico em torno de cada galáxia. Simulações cosmológicas preveem o formato dos halos; o perfil mais conhecido é o NFW, de Navarro, Frenk e White (1996). Com um halo ajustado para cada galáxia, as curvas de rotação são bem reproduzidas.
A matéria escura também explica fenômenos longe das galáxias: o padrão de picos da radiação cósmica de fundo, o crescimento da estrutura em grande escala e o Aglomerado da Bala, onde a massa que produz a lente está separada do gás em colisão. Por isso a maioria dos cosmólogos a trata como opção padrão.
Seus pontos fracos estão na escala das galáxias. Os halos simulados tendem a ser densos demais no centro (o problema núcleo–cúspide), e cada galáxia precisa de parâmetros próprios. E, após décadas de busca, nenhuma partícula de matéria escura foi detectada em laboratório.
Resposta 2: MOND
Em 1983, Mordehai Milgrom propôs mudar a lei em vez de acrescentar matéria. Abaixo de uma aceleração de cerca de 1,2 × 10⁻¹⁰ m/s², a gravidade enfraqueceria mais devagar do que diz Newton. Com essa única constante, a MOND prevê muitas curvas de rotação apenas a partir da matéria visível.
McGaugh, Lelli e Schombert (2016) encontraram nas galáxias SPARC uma relação de aceleração radial estreita: a aceleração observada é uma função simples da aceleração devida à matéria visível. A MOND havia previsto isso. Para a matéria escura, é uma coincidência que precisa ser explicada.
Os pontos fracos da MOND são o espelho dos da matéria escura: aglomerados de galáxias ainda precisam de massa extra, e as versões relativísticas têm dificuldade com a radiação cósmica de fundo.
Resposta 3: gravidade emergente
Erik Verlinde argumentou em 2010 que a gravidade não é fundamental e emerge da forma como a informação é armazenada em superfícies. Em 2017, derivou daí um efeito gravitacional extra na escala galáctica que imita a matéria escura e reproduz uma escala de aceleração semelhante à da MOND. O modelo é jovem, e seus testes em galáxias reais têm resultados mistos.
Onde este programa se situa
O programa de pesquisa deste site não oferece um modelo próprio de curvas de rotação. Seu preprint, Pointer Architecture v9.0, trabalha no nível de um substrato computacional formal. Sua única afirmação cosmológica é uma reprodução, na linguagem do substrato, da estimativa holográfica padrão da energia escura, que diz respeito à expansão do universo e não diz nada específico sobre a dinâmica de galáxias individuais.
Conclusão
Na escala das galáxias, as curvas de rotação podem ser ajustadas sem matéria escura, e uma lei simples (MOND) as prevê surpreendentemente bem. Nenhuma alternativa ainda se iguala à matéria escura em aglomerados e na cosmologia. A posição sensata é que, na escala das galáxias, o problema continua aberto, e o caminho é construir modelos que façam previsões refutáveis com dados públicos.