A energia escura, a força misteriosa que impulsiona a expansão acelerada do universo, é um dos mistérios mais profundos da física moderna. Ao longo dos anos, a principal explicação tem sido a de que esta constante de energia – uma propriedade invariante do espaço vazio responsável pela aceleração cósmica – tem sido utilizada. Mas evidências recentes levaram os cientistas a repensar essa suposição.
No ano passado, os resultados do Dark Energy Survey (DES) e do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) chamaram a atenção dos cosmólogos, sugerindo que a energia escura pode não ser fixa, afinal. “Esta será a nossa primeira indicação de que a energia escura não é a constante cósmica introduzida por Einstein há 100 anos, mas um fenómeno novo e dinâmico”, explicou Josh Freeman, professor emérito de astronomia e astrofísica.
Nova análise é um ponto forte evoluído
Em um estudo publicado pelo Dr. Exame físico d Em setembro, Freeman e Anwar Sajib, bolsista do programa Einstein Fellowship da NASA em astronomia e astrofísica, analisaram uma ampla gama de dados cosmológicos existentes. Suas descobertas indicam que modelos dinâmicos e variantes no tempo da energia escura fornecem um melhor ajuste às observações atuais do que modelos de constantes cosmológicas de longa duração.
Shajib é especialista em cosmologia observacional e evolução de galáxias, aplicando fortes lentes gravitacionais para medir a constante de Hubble e restringir os parâmetros da energia escura. O trabalho de Freeman também se concentra na cosmologia observacional, usando pesquisas celestes em grande escala, como o Sloan Digital Sky Survey (SDSS) e o DES, para estudar a origem, estrutura e destino do universo enquanto estuda a expansão acelerada de forças misteriosas.
A Universidade de Chicago conversou com Shajib e Freeman sobre as suas descobertas, o que estes novos modelos podem significar para a nossa compreensão da evolução cósmica e como observações futuras podem revelar se a energia escura realmente muda ao longo do tempo.
Por que a energia escura é importante no estudo do universo?
homem livre: Agora sabemos exatamente quanta energia escura existe no universo, mas não temos ideia física o que A suposição mais simples é que se trata da força do espaço livre, caso em que será constante com o tempo, uma ideia que remonta a Einstein, Lemaitre, de Sitter e outros no início do século passado. É um pouco embaraçoso que mal saibamos o que é 70% do universo. E seja o que for, determinará a evolução futura do universo.
Que descobertas recentes levaram os cosmólogos a considerar que a energia escura pode ter evoluído?
vivo: Embora tenha havido interesse na natureza dinâmica da energia escura desde a sua descoberta na década de 90 para resolver algumas inconsistências observacionais, até recentemente, a maioria dos conjuntos de dados importantes e poderosos eram consistentes com um modelo de energia escura não evoluído, que é aceite como a cosmologia padrão. No entanto, no ano passado, o interesse na evolução da energia escura foi fortemente revivido a partir da combinação de dados de supernovas, oscilações acústicas bariônicas e dados cósmicos de fundo em micro-ondas dos experimentos DES, DESI e Planck. Esta combinação de conjuntos de dados indica uma forte incompatibilidade com o modelo padrão e não evoluído da energia escura. Uma característica interessante da energia escura não evolutiva é que a sua densidade permanece constante ao longo do tempo, apesar da expansão do espaço. No entanto, para o modelo evoluído de energia escura, a densidade da energia escura mudará com o tempo.
homem livre: Os dados deste estudo permitem-nos estimar a história da expansão cósmica – a rapidez com que o Universo se expandiu em diferentes épocas do passado. Se a energia escura evoluir ao longo do tempo, essa história será diferente da constante da energia escura. Os resultados da história da expansão cósmica indicam que, ao longo dos últimos milhares de milhões de anos, a densidade da energia escura diminuiu cerca de 10% – não muito, e muito inferior a outras densidades de matéria e energia, mas ainda assim significativa.
Qual foi o objetivo deste estudo e quais foram os resultados globais?
vivo E homem livre: O objetivo deste estudo é comparar a previsão de um o físico Modelar e estimar a evolução da energia escura com os conjuntos de dados mais recentes o físico Características da energia escura desta comparação. O “modelo” de energia escura desenvolvido, usado na maioria das análises de dados anteriores, é apenas uma fórmula matemática que não está obrigada a se comportar como um modelo físico. Em nosso artigo, comparamos diretamente modelos baseados na física para a evolução da energia escura e descobrimos que esses modelos descrevem os dados atuais melhor do que os modelos padrão de energia escura não evoluídos. Mostramos também que pesquisas de futuro próximo, como o DESI e o Vera Rubin Observatory Legacy Survey of Space and Time (LSST), serão capazes de nos dizer com certeza se estes modelos estão corretos ou, em vez disso, se a energia escura é de facto constante.
Descrever os modelos apresentados e porque explicam melhor o comportamento da energia escura do que os modelos existentes.
homem livre: Esses modelos são baseados na teoria da física de partículas de partículas hipotéticas chamadas eixos. Os axônios foram previstos pela primeira vez por físicos na década de 1970, que procuraram explicar certas propriedades observadas de interações fortes. Hoje, os axônios são considerados candidatos plausíveis à matéria escura, e experimentos em todo o mundo estão procurando ativamente por eles, incluindo físicos do Fermilab e da Universidade de Chicago.
Os modelos do nosso artigo baseiam-se numa versão diferente e ultraleve do eixo, que atuaria como energia escura e não como matéria escura. Nestes modelos, a energia escura permanecerá, de facto, constante durante os primeiros milhares de milhões de anos da história do Universo, mas o eixo começará então a evoluir – como uma bola num campo desleixado que é libertada do repouso e começa a rolar – e a sua densidade diminuirá gradualmente, o que os dados parecem favorecer. Portanto, os dados sugerem a existência de uma nova partícula na natureza que é cerca de 38 ordens de grandeza mais leve que o elétron.
Quais são as implicações dessas descobertas para a compreensão da expansão do universo?
vivo: Nestes modelos, a densidade da energia escura diminui com o tempo. A energia escura é a causa da expansão acelerada do universo, portanto, à medida que sua densidade diminui, a aceleração também diminuirá com o tempo. Se considerarmos o futuro muito distante do universo, diferentes propriedades da energia escura podem levar a resultados diferentes. Os dois extremos destes resultados são um Big Rip, onde a expansão acelerada se acelera a tal ponto que destrói tudo, até mesmo os átomos, e um Big Crunch, onde o universo para de se expandir em algum ponto e entra em colapso novamente, o que pareceria um Big Bang reverso. Os nossos modelos sugerem que o Universo evitará ambos estes extremos: sofrerá uma expansão acelerada ao longo de milhares de milhões de anos, dando origem a um Universo frio e escuro – um Grande Congelamento.
Esses resultados poderiam ter outras implicações menos óbvias?
homem livre: Posso imaginar que as tecnologias que precisamos de desenvolver para explorar ainda mais estas ideias tenham apenas implicações práticas – construir novos telescópios, lançar novos satélites ou desenvolver novos detectores, por exemplo. Tais desenvolvimentos poderão ter um impacto muito maior nas nossas vidas do que acontecimentos que ocorrerão daqui a biliões de anos no futuro.
O que mais te entusiasma nesses resultados?
vivo: Para este artigo, coletamos todos os principais conjuntos de dados – de DES, DESI, SDSS, cosmografia de atraso de tempo, Pranchae o Telescópio Cosmológico Atacama – e combinou-os para obter as medições mais restritas da energia escura até à data. Todas estas medições provêm de extensa experimentação, portanto, de certa forma, representam o conhecimento coletivo que a comunidade cosmológica como um todo acumulou.
homem livre: Quando começamos a trabalhar no DES em 2003, nosso objetivo era restringir as propriedades da energia escura para determinar se ela é constante ou variável. Ao longo de duas décadas, os dados indicaram que era constante. Quase desistimos dessa questão porque os dados apoiam consistentemente a hipótese. No entanto, temos agora a primeira indicação em mais de 20 anos de que a energia escura pode estar a evoluir e, se evoluir, deverá ser algo novo, mudando a nossa compreensão da física fundamental. Esse sentimento nos lembra onde estávamos no início. Ainda pode acontecer que estas indicações estejam erradas, mas podemos estar prestes a responder a essa pergunta, e isso é bastante emocionante.
