A ciência prossegue propondo ideias e depois tentando provar que estão erradas. Este processo torna-se particularmente desafiador quando se lida com o universo em sua maior escala. A energia escura e a matéria escura estão entre os conceitos mais difíceis de testar. As observações em vastas regiões do espaço indicam claramente que algo está a influenciar a gravidade de uma forma que a teoria de Einstein não explica completamente. No entanto, dentro do nosso próprio sistema solar, tudo parece comportar-se exactamente como esperado.
Um novo estudo realizado por Slava Turishev, físico do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, explora como os pesquisadores podem resolver essa discrepância. O seu trabalho sugere que a chave pode ser ser altamente específico e selectivo na forma como as experiências são concebidas para procurar sinais de energia escura e matéria escura perto de casa.
A “grande desconexão” entre a física cosmológica e a física local
No cerne do problema está o que os cientistas chamam de “Grande Desconexão”. As leis da física parecem funcionar de maneira diferente dependendo da escala observada. Em regiões com muito pouca matéria (ou seja, sem força gravitacional), os efeitos associados à energia escura ou à gravidade alterada tornam-se muito mais perceptíveis. Em contraste, em ambientes densos cheios de matéria e com forte gravidade, os mesmos efeitos parecem desaparecer, pelo menos com base na instrumentação atual.
Dentro do sistema solar, tudo se alinha com a física convencional. Os planetas seguem suas órbitas esperadas. As medições do espaço-tempo em torno do Sol, juntamente com os dados dos sinais das naves espaciais, correspondem exactamente às previsões. Cada sonda enviada através do sistema solar se comporta como se apenas a gravidade padrão estivesse agindo. Não há sinais óbvios de algo anormal.
Fortes evidências do universo distante
Olhando para fora da nossa vizinhança, a situação muda dramaticamente. Na escala das galáxias e além, o universo parece estar em expansão. Embora os cientistas continuem a debater a taxa exacta desta expansão, há fortes evidências de que algo está a afectar a gravidade ou o espaço-tempo de formas que não são totalmente captadas pelas teorias actuais.
Atualmente, a energia escura é a melhor explicação para este comportamento, embora a sua verdadeira natureza permaneça desconhecida.
O efeito de proteção e a “quinta força” oculta
Uma possível explicação envolve um fenômeno conhecido como “screening”. Neste conceito, o que quer que esteja causando a anomalia muda o seu comportamento dependendo do ambiente circundante. À medida que a concentração aumenta, os seus efeitos tornam-se mais fracos ou mais difíceis de detectar.
Existem dois tipos principais de modelos de triagem. O primeiro é denominado modelo “camaleão”. Nesta situação, uma hipotética quinta força da natureza (além da gravidade, do eletromagnetismo e das duas forças nucleares) ajusta sua força com base na quantidade de matéria próxima. Em regiões de baixa densidade, torna-se mais forte e produz efeitos associados à energia escura. Em áreas densas, torna-se tão fraco que os instrumentos atuais não conseguem detectá-lo, embora ainda exista. Em torno de um objeto como o Sol, ele só pode aparecer em uma fina camada externa, mas em princípio ainda pode ser medido ali.
Forças de triagem e supressão de Vainshtein
Outra explicação é o modelo de triagem de Vainshtein. Aqui, a energia em si não muda. Em vez disso, a gravidade circundante suprime efetivamente o seu efeito, fazendo-o parecer fraco. O modelo introduz o conceito de raio de Vainshtein, que caracteriza a distância na qual a bola recupera sua energia normal.
Para o Sol, estima-se que esse raio se estenda por cerca de 400 anos-luz. Existem muitas estrelas nesta região, o que significa que a energia será bem suprimida fora do sistema solar e mesmo em grandes partes da galáxia.
Por que novas missões no sistema solar podem ser necessárias
Ambos os modelos de triagem podem deixar traços sutis em observações em grande escala coletadas por missões como a Euclid e o Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI). No entanto, estas pesquisas centram-se em galáxias distantes e não podem revelar diretamente como tais forças se comportam no Sistema Solar.
Para testar estas ideias localmente, os cientistas precisariam de uma missão dedicada, concebida especificamente para esse fim. Mais importante ainda, os investigadores precisariam de uma teoria de falsificação que previsse o que tal missão deveria detectar.
A importância das previsões testáveis
O Dr. Turishev enfatizou que sem uma previsão clara e testável, é improvável que experimentos adicionais no sistema solar produzam novos resultados. Até agora, as observações confirmaram consistentemente a relatividade geral. Continuar a realizar experiências semelhantes sem nova orientação teórica pode não fornecer informações úteis.
No entanto, se os cientistas puderem usar dados de grandes pesquisas cósmicas para desenvolver hipóteses específicas que se aplicam ao Sistema Solar, então será possível conceber experiências destinadas a testá-las.
Olhando para o Futuro: Construindo Dispositivos Avançados
Pode levar algum tempo para desenvolver instrumentos sensíveis o suficiente para detectar esses efeitos sutis. Entretanto, o progresso incremental será importante, com missões centradas na melhoria das capacidades de medição, passo a passo.
Se uma previsão bem definida e testável emergir dos dados atuais, e se uma experiência puder ser realisticamente concebida para testá-la, aproveitar essa oportunidade poderá levar a um grande avanço. Tais descobertas têm o potencial de remodelar a nossa compreensão da gravidade, da energia escura e do funcionamento fundamental do universo.
