Espaço

Expansão do Universo pode estar desacelerando

Redação do Site Inovação Tecnológica - 05/04/2024

O DESI fez o maior mapa 3D do nosso Universo até hoje. A Terra está no centro desta fina fatia do mapa completo. Na seção ampliada, é fácil ver a estrutura subjacente da matéria em nosso Universo.
[Imagem: Claire Lamman/DESI]

Expansão em ritmo decrescente

Os primeiros resultados de um dos maiores esforços para tentar compreender a expansão do Universo trouxe resultados surpreendentes, mostrando que o motor dessa expansão, conhecido como energia escura, pode não se comportar exatamente como os cientistas pensavam.

As informações estão no primeiro conjunto de dados analisados pela equipe internacional - 900 pesquisadores de mais de 70 instituições ao redor do mundo - que coordena o instrumento DESI (sigla em inglês para Instrumento Espectroscópico da Energia Escura), instalado no Observatório Nacional Kitt Peak, no estado norte-americano do Arizona.

O instrumento está coletando luz das partes mais distantes do Universo, o que permite mapear o cosmos tal como era na sua juventude e traçar a sua evolução até ao que é observado hoje. A compreensão de como o Universo evoluiu está ligada à forma como ele poderá "acabar". Mas o interesse mais imediato se volta agora para um dos maiores mistérios da física: O que está por trás da observação de que a expansão do Universo está se acelerando?

A novidade é que, ao contrário do que propõe o modelo do Universo mais aceito hoje pelos cientistas, a energia escura pode variar no tempo: Os dados sugerem que a energia escura pode estar perdendo força, o que significa dizer que a expansão do Universo pode estar desacelerando. A conclusão tem uma significância que os físicos chamam de 3 sigmas, sendo que é necessário chegar a 5 sigmas para que um resultado seja taxado como uma "descoberta".

Ilustração da luz de quasares passando por nuvens intergalácticas de gás hidrogênio. A análise dessa luz traz informações sobre a estrutura cósmica.
[Imagem: NOIRLab/NSF/AURA/P. Marenfeld/DESI]

Modelos do Universo

O modelo do Universo mais aceito hoje é conhecido como Lambda-CDM, que inclui a matéria comum, um tipo de matéria desconhecido e que parece não interagir com nada, por isso chamada matéria escura fria (CDM: Cold Dark Matter), e a energia escura, conhecida como lambda. Tanto a matéria escura como a energia escura moldam a forma como o Universo se expande, mas de maneiras opostas: através da atração gravitacional, a matéria e a matéria escura retardam a expansão, enquanto a energia escura a acelera. A quantidade de cada uma influencia como o Universo evolui.

Mais recentemente, outros modelos têm ganho atenção devido à sua crescente capacidade de explicar os dados observacionais. Essas novas explicações incluem a teoria MOND, uma sigla em inglês para Dinâmica Newtoniana Modificada, e uma Teoria da Relatividade Modificada.

"A gravidade une a matéria, de modo que, quando jogamos uma bola no ar, a gravidade da Terra a puxa para baixo em direção ao planeta," explica o professor Mustapha Ishak-Boushaki, da Universidade do Texas e membro da colaboração DESI. "Mas, nas escalas maiores, o Universo se comporta de maneira diferente. Ele está agindo como se houvesse algo repulsivo separando o Universo e acelerando sua expansão. Este é um grande mistério, e estamos investigando isso em várias frentes. É uma energia escura desconhecida no Universo, ou é uma modificação da teoria da gravidade de Albert Einstein em escalas cosmológicas?"

À medida que a luz de um quasar distante passa através do gás no espaço (imagem anterior), certos comprimentos de onda de luz são absorvidos. O traçado das linhas de absorção revela a "floresta Lyman-alfa" (enfatizada em marrom e verde) e fornece informações sobre as nuvens de gás entre nós e o quasar.
[Imagem: David Kirkby/DESI]

Desaceleração do Universo

Quando os dados coletados pelo DESI durante este primeiro ano de funcionamento foram combinados com dados de outros observatórios, o que se vê são diferenças importantes em relação ao que o modelo Lambda-CDM prevê.

Nesse modelo, o comportamento da energia escura é descrito por uma "equação de estado", que descreve como a "pressão da energia escura" - sua força oposta à da gravidade - se relaciona com a sua densidade. E o modelo assume que essa equação de estado é constante ao longo do tempo. Os dados do DESI contestam isto, mostrando que a densidade da energia escura pode variar ao longo do tempo.

"Os nossos resultados mostram alguns desvios interessantes do modelo padrão do Universo que podem indicar que a energia escura está evoluindo ao longo do tempo," disse Ishak-Boushaki. "Quanto mais dados coletarmos, mais bem equipados estaremos para determinar se essa descoberta é válida. Com mais dados, poderemos identificar diferentes explicações para o resultado que observamos ou confirmá-lo. Se persistir, tal resultado lançará alguma luz sobre o que está causando a aceleração cósmica e representa um grande passo na compreensão da evolução do nosso Universo."

Mais dados também melhorarão outros resultados iniciais do DESI, que avaliam a massa de partículas chamadas neutrinos e a constante de Hubble, uma medida da rapidez com que o Universo está se expandindo hoje, e que é alvo de um debate acalorado porque essa "constante" tem valores diferente dependendo do modo como é medida - esse debate hoje é conhecido como tensão de Hubble".