Na quinta-feira, astrônomos que estão conduzindo o que descrevem como a maior e mais precisa pesquisa até agora da história do universo anunciaram que pode ter descoberto uma grande falha em seu entendimento sobre a energia escura, a misteriosa força que está acelerando a expansão do cosmos.
A energia escura era assumida como uma força constante no universo, atualmente e ao longo da história cósmica. Mas os novos dados sugerem que ela pode ser mais mutável, crescendo mais forte ou mais fraca ao longo do tempo, invertendo ou até desaparecendo.
“Como o Biden diria, é algo B.F.D.,” disse Adam Riess, um astrônomo da Universidade Johns Hopkins e do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial em Baltimore. Ele compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 2011 com outros dois astrônomos pela descoberta da energia escura, mas não esteve envolvido neste novo estudo. “Pode ser a primeira pista real que obtivemos sobre a natureza da energia escura em 25 anos”, disse ele.
Essa conclusão, se confirmada, poderia libertar os astrônomos – e o restante de nós – de uma previsão antiga e sombria sobre o destino final do universo. Em vez disso, parece que a energia escura é capaz de mudar de rumo e apontar o cosmos para um futuro mais rico.
As palavras-chave são “pode” e “poderia”. A nova descoberta tem cerca de uma chance em 400 de ser uma flutuação estatística, um grau de incerteza chamado de três sigmas, muito longe do padrão ouro para uma descoberta, chamado de cinco sigmas: uma chance em 1,7 milhão. Na história da física, até mesmo eventos de cinco sigmas evaporaram quando mais dados ou melhores interpretações dos dados surgiram.
Essa notícia vem no primeiro relatório de progresso, publicado como uma série de artigos, por uma grande colaboração internacional chamada Instrumento Espectroscópico de Energia Escura, ou DESI. O grupo acaba de iniciar um esforço de cinco anos para criar um mapa tridimensional das posições e velocidades de 40 milhões de galáxias ao longo de 11 bilhões de anos de tempo cósmico. Seu mapa inicial, com base no primeiro ano de observações, inclui apenas seis milhões de galáxias. Os resultados foram divulgados hoje em uma reunião da Sociedade Americana de Física em Sacramento, Califórnia, e na conferência Rencontres de Moriond na Itália.
“Até agora, estamos vendo um acordo básico com o nosso melhor modelo do universo, mas também estamos vendo algumas diferenças potencialmente interessantes que poderiam indicar que a energia escura está evoluindo com o tempo”, disse Michael Levi, diretor do DESI, em comunicado emitido pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, que gerencia o projeto.
A equipe do DESI não esperava encontrar algo tão significativo tão cedo, afirmou Nathalie Palanque-Delabrouille, astrofísica do laboratório Lawrence Berkeley e porta-voz do projeto, em entrevista. Os resultados do primeiro ano foram projetados simplesmente para confirmar o que já se sabia, disse ela: “Pensávamos que basicamente validaríamos o modelo padrão”.
Mas o desconhecido saltou para fora diante deles.
Quando os cientistas combinaram seu mapa com outros dados cosmológicos, ficaram surpresos ao descobrir que não havia uma concordância exata com o modelo padrão do universo, que assume que a energia escura é constante e invariável. Uma energia escura variável se encaixava melhor nos pontos de dados.
“É certamente mais do que uma curiosidade”, disse a Dra. Palanque-Delabrouille. “Eu ousaria chamar isso de uma pista. Sim, ainda não é uma evidência, mas é interessante.”
Mas os cosmólogos estão levando essa pista muito a sério.
Wendy Freedman, astrofísica da Universidade de Chicago e líder de esforços para medir a expansão do universo, elogiou a nova pesquisa como “dados excelentes”. Os resultados, disse ela, “abrem o potencial para uma nova janela de compreensão sobre a energia escura, o componente dominante do universo, que continua sendo o maior mistério na cosmologia. Bastante emocionante”.
Michael Turner, professor emérito da Universidade de Chicago que cunhou o termo “energia escura”, disse em um e-mail: “Embora combinar conjuntos de dados seja complicado, e estes são resultados iniciais do DESI, a possível evidência de que a energia escura não é constante é a melhor notícia que ouço desde a aceleração cósmica foi firmemente estabelecida há mais de 20 anos”.
A energia escura entrou na conversa em 1998, quando dois grupos de astrônomos rivais, incluindo o Dr. Riess, descobriram que a expansão do universo estava se acelerando em vez de desacelerar, como a maioria dos astrônomos esperava. As observações iniciais pareciam sugerir que essa energia escura estava agindo da mesma forma que um famoso fator de ajuste – denominado pela letra grega Lambda – que Einstein inseriu em suas equações para explicar por que o universo não colapsou por sua própria gravidade. Mais tarde, ele o chamou de seu pior erro.
Mas talvez ele tenha falado cedo demais. Como formulado por Einstein, Lambda era uma propriedade do espaço em si: Quanto mais espaço havia à medida que o universo se expandia, mais energia escura havia, empurrando cada vez mais e eventualmente levando a um futuro sem luz.
A energia escura ganhou seu lugar no modelo padrão do universo conhecido como L.C.D.M., composto por 70 por cento de energia escura (Lambda), 25 por cento de matéria escura fria (um conjunto de partículas exóticas de movimento lento) e 5 por cento de matéria atômica. Até agora, esse modelo foi ferido, mas não quebrado pelo novo Telescópio Espacial James Webb. Mas e se a energia escura não fosse constante, como o modelo cosmológico assumia?
Em questão está um parâmetro chamado w, que é uma medida da densidade, ou veemência, da energia escura. Na versão de Einstein da energia escura, esse número permanece constante, com um valor de -1, ao longo da vida do universo. Os cosmologistas têm usado esse valor em seus modelos nos últimos 25 anos.
Mas essa versão da energia escura é apenas a mais simples. “Com o DESI, agora alcançamos uma precisão que nos permite ir além desse modelo simples,” disse a Dra. Palanque-Delabrouille. “para ver se a densidade de energia escura é constante ao longo do tempo, ou se ela tem algumas flutuações e evolução com o tempo.”
O projeto DESI, planejado ao longo de 14 anos, foi projetado para testar a constância da energia escura medindo a velocidade com que o universo estava se expandindo em vários momentos do passado. Para isso, os cientistas equiparam um telescópio no Observatório Nacional Kitt Peak com 5.000 detectores de fibra óptica que poderiam realizar espectroscopia em tantas galáxias simultaneamente e descobrir quão rápido elas estavam se afastando da Terra.
Como medida de distância, os pesquisadores usaram saliências na distribuição cósmica de galáxias, conhecidas como oscilações acústicas de bárions. Essas saliências foram impressas no cosmos por ondas sonoras no plasma quente que preenchia o universo quando ele tinha apenas 380.000 anos. Naquela época, as saliências tinham meio milhão de anos-luz de extensão. Agora, 13,5 bilhões de anos depois, o universo se expandiu mil vezes, e as saliências – que agora têm 500 milhões de anos-luz de extensão – servem como convenientes marcas de medição cósmica.
Os cientistas do DESI dividiram os últimos 11 bilhões de anos da história cósmica em sete intervalos de tempo. (O universo tem 13,8 bilhões de anos.) Para cada um, eles mediram o tamanho dessas saliências e quão rápido as galáxias nelas estavam se afastando de nós e entre si.
Quando os pesquisadores reuniram tudo, descobriram que a suposição usual – uma energia escura constante – não serviu para descrever a expansão do universo. As galáxias nos três períodos mais recentes pareciam mais próximas do que deveriam estar, sugerindo que a energia escura poderia estar evoluindo com o tempo.
“E de fato vemos uma pista de que as propriedades da energia escura não corresponderiam a uma simples constante cosmológica”, mas podem “ter algumas divergências,” disse a Dra. Palanque-Delabrouille. “E esta é a primeira vez que temos isso.” Mas, ela enfatizou novamente, “Não a chamaria de evidência ainda. Ela é muito, muito fraca.”
O tempo e mais dados dirão o destino da energia escura e do modelo de universo testado em batalha pelos cosmologistas.
“L.C.D.M. está sendo submetido a testes de precisão vindo de todas as direções,” disse o Dr. Turner. “E está se saindo bem. Mas, quando tudo é levado em consideração, está começando a parecer que algo não está certo ou que algo está faltando. As coisas não se encaixam perfeitamente. E DESI é a mais recente indicação.”
Dr. Riess da Johns Hopkins, que teve uma primeira olhada nos resultados do DESI, observou que a “pista”, se validada, poderia desestabilizar outras medições cosmológicas, como a idade ou o tamanho do universo. “Este resultado é muito interessante e devemos levá-lo a sério,” escreveu em seu e-mail. “Do contrário, por que mais fazemos esses experimentos?”