Nova pista sugere que energia escura não é uma força constante da natureza

Uma equipe internacional de astrônomos revelou na última quarta-feira (18) a evidência mais convincente, até o momento, de que a energia escura —um fenômeno misterioso que impulsiona nosso Universo a expandir cada vez mais rápido— não é uma força constante da natureza, e sim uma força que flui e reflui ao longo do tempo cósmico.

A nova medição sugere que a energia escura pode não condenar nosso Universo a ser dilacerado em todas as escalas, desde aglomerados de galáxias até núcleos atômicos. Em vez disso, sua expansão pode diminuir, no fim deixando o Universo estável. Ou o cosmos poderia até mesmo reverter o curso.

Os resultados mais recentes reforçam uma pista de abril passado de que algo estava errado com o modelo padrão da cosmologia, a melhor teoria dos cientistas sobre a história e a estrutura do Universo. As medições, do ano passado e deste mês, vêm de uma colaboração que opera o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (Desi), em um telescópio no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona, Estados Unidos.

"Agora, é um pouco mais do que uma pista", disse o diretor do Desi, Michael Levi, cosmologista do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. "Isso nos coloca em conflito com outras medições."

O anúncio foi feito em uma reunião da American Physical Society em Anaheim, Califórnia, e acompanhado por um conjunto de artigos descrevendo os resultados, que estão sendo submetidos para revisão por pares e publicação na revista Physical Review D.

"É justo dizer que esse resultado, tomado de forma literal, parece ser a maior pista que temos sobre a natureza da energia escura desde que a descobrimos", disse, por email, o astrofísico Adam Riess, da Universidade Johns Hopkins e do Space Telescope Science Institute em Baltimore. Ele foi um dos três vencedores do Prêmio Nobel de Física de 2011 por descobrir a energia escura e não esteve envolvido nesse trabalho.

Mas, mesmo quando as observações do Desi desafiaram o modelo padrão da cosmologia, que prevê que a energia escura seja constante ao longo do tempo, um resultado separado o reforçou. Na terça-feira (18), a equipe multinacional que operava o Telescópio de Cosmologia de Atacama (desativado em 2022), no Chile, divulgou as imagens mais detalhadas já feitas do Universo quando ele tinha apenas 380 mil anos de idade.

O relatório feito por esse grupo de pesquisadores, ainda não revisado por pares, parece confirmar que o modelo padrão estava operando conforme o esperado no início do Universo. Um elemento desse modelo, a constante de Hubble, descreve quão rápido o Universo está se expandindo, mas ao longo do último meio século as medições da constante divergiram fortemente, uma inconsistência que hoje diminuiu para cerca de 9%. Teóricos têm especulado que talvez um impulso adicional de energia escura no início do Universo, quando as condições eram muito quentes para a formação de átomos, poderia resolver essa chamada tensão de Hubble.

Os últimos resultados de Atacama parecem descartar essa ideia. Mas eles não dizem nada sobre se a natureza da energia escura pode ter evoluído mais tarde no tempo.

Expectativas

Astrônomos frequentemente comparam galáxias em um Universo em expansão com uvas-passas em um bolo assando. Conforme a massa cresce, as uvas-passas são levadas para mais longe uma da outra. Quanto mais distantes estão uma da outra, mais rápido se separam.

Em 1998, dois grupos de astrônomos mediram a expansão do Universo estudando o brilho de um certo tipo de supernova que gera a mesma quantidade de luz, então ela aparece previsivelmente mais fraca em distâncias maiores. Se a expansão do Universo estivesse desacelerando, como os cientistas diziam acreditar na época, a luz de explosões distantes deveria ter aparecido ligeiramente mais brilhante do que o previsto.

No entanto, para surpresa deles, os dois grupos descobriram que as supernovas estavam mais fracas do que o esperado. Em vez de desacelerar, a expansão do Universo na verdade estava acelerando.

Nenhuma energia conhecida pelos físicos pode impulsionar uma expansão acelerada; sua força deveria diminuir à medida que se espalha cada vez mais por um Universo em expansão. A menos que essa energia venha do próprio espaço.

'Algo para buscar'

Astrônomos da equipe Desi estão tentando caracterizar a energia escura ao pesquisar galáxias em diferentes eras do tempo cósmico. Pequenas irregularidades na distribuição da matéria pelo Universo primordial influenciaram as distâncias entre as galáxias hoje —distâncias que se expandiram, de maneira mensurável, juntamente com o Universo.

Os dados usados para a última medição do Desi consistiram em um catálogo de quase 15 milhões de galáxias e outros objetos celestes. Sozinho, o conjunto de dados não sugere que algo esteja errado com a compreensão teórica da energia escura. Mas combinado com outras estratégias para medir a expansão do Universo —por exemplo, estudar estrelas em explosão e a luz mais antiga do Universo, emitida cerca de cem mil anos após o Big Bang— os dados não se alinham mais com o que o modelo padrão prevê.

Enrique Paillas, pesquisador da Universidade do Arizona que anunciou a medição do Desi na quarta-feira, observou que os dados sugerem que a aceleração cósmica impulsionada pela energia escura começou mais cedo no tempo e é atualmente mais fraca do que o que o modelo padrão prevê.

A discrepância entre os dados e a teoria é de no máximo 4,2 sigma, representando 1 em 50 mil chances de que os resultados sejam uma coincidência. Mas a disparidade ainda não atingiu 5 sigma (equivalente a 1 em 3,5 milhões de chances), o rigoroso padrão estabelecido pelos físicos para reivindicar uma descoberta.

Ainda assim, a desconexão é sugestivamente indicativa de que algo no modelo cosmológico não está bem compreendido. Os cientistas podem precisar revisar como interpretam a gravidade ou dar sentido à luz antiga do Big Bang. Os astrônomos do Desi acham que o problema pode ser a natureza da energia escura.

"Se introduzirmos uma energia escura dinâmica, então as peças do quebra-cabeça se encaixam melhor", disse o cosmólogo Mustapha Ishak-Boushaki, da Universidade do Texas em Dallas, que ajudou a liderar a última análise do Desi.

O cosmólogo Will Percival, da Universidade de Waterloo em Ontário e porta-voz da colaboração Desi, expressou entusiasmo sobre o que está por vir. "Isso é na verdade um pouco de estímulo para o campo. Agora temos algo para perseguir."

Desi continuará coletando dados por pelo menos mais um ano. Outros telescópios, tanto em terra quanto no espaço, estão mapeando suas próprias visões do cosmos; entre eles estão o Zwicky Transient Facility em San Diego, o europeu Euclid e a missão Spherex, lançada recentemente pela Nasa. No futuro, o Observatório Vera C. Rubin começará a gravar um filme do céu noturno do Chile, e o telescópio espacial Roman, da Nasa, está programado para ser lançado em 2027.

Cada um absorverá a luz do céu, medindo pedaços do cosmos de diferentes perspectivas e contribuindo para uma compreensão mais ampla do Universo como um todo. Todos servem como lembretes contínuos de como o Universo é difícil de ser desvendado.

"Cada um desses conjuntos de dados tem suas próprias vantagens", afirmou a cosmóloga Alexie Leauthaud, da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, e porta-voz da colaboração Desi. "O Universo é complicado. E estamos tentando desvendar muitas coisas diferentes."