Um levantamento maciço do cosmos está revelando novos detalhes de uma das facetas mais misteriosas do universo, a energia escura. Curiosamente, quando combinados com outras observações, os dados sugerem que a energia escura, comumente pensada para manter uma densidade constante ao longo do tempo, pode evoluir junto com o cosmos.
O resultado é “um tiro de adrenalina para a comunidade de cosmologia”, diz o físico Daniel Scolnic, da Duke University, que não estava envolvido com o novo estudo.
A energia escura, um enigma invisível que faz com que a expansão do universo acelere ao longo do tempo, é mal compreendida, apesar de compor a maior parte do conteúdo do universo. Para explorar esse quebra-cabeça, o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura, DESI, produziu o maior mapa 3D do universo até o momento, pesquisadores relatam 4 de abril em 10 artigos publicados no site da DESI e em palestras em uma reunião da American Physical Society realizada em Sacramento, Califórnia. Ao analisar padrões nas distribuições de galáxias e outros objetos nesse mapa, os cientistas podem determinar a história de como o universo se expandiu ao longo do tempo.
Embora consistente com a imagem padrão dos cosmologistas do universo, os dados também permitem a possibilidade de que a equação de estado da energia escura, que descreve como a pressão da energia escura se relaciona com sua densidade, possa variar ao longo do tempo. Isso significaria uma convulsão na maneira como os cientistas entendem a história do universo.
O estudo analisa o primeiro ano de dados do projeto, mapeando os locais de 6,4 milhões de galáxias e quasares — os núcleos ultrabrilhantes de galáxias violentamente ativas. Este mapa permite que os cientistas estimem a taxa de expansão do universo, graças a uma referência de tamanho útil presente no universo. As ondas sonoras no universo primitivo estabelecem padrões na densidade da matéria no universo, conhecidos como oscilações acústicas bariônicas. À medida que as galáxias se formam, essas variações de densidade persistem, com o resultado de que as galáxias são mais propensas a serem separadas umas das outras por uma distância preferida (SN: 3/4/19). Essa distância age como uma régua, que é esticada pela expansão do universo. Medir o tamanho dessa régua ao longo de várias eras do cosmos pode mostrar como o universo se expandiu.
Os cientistas dividiram o universo em sete épocas, voltando no tempo até 11 bilhões de anos e mediram sua expansão ao longo do tempo. As fatias de tempo mais recentes correspondiam a diferentes tipos de galáxias. Olhando para trás na história do universo, a luz das galáxias se torna muito fraca. Então os cientistas se voltaram para quasares distantes e para medições de como o gás hidrogênio absorve a luz dos quasares.
Os cientistas do DESI então compararam seus dados com a teoria cosmológica padrão, conhecida como lambda CDM, na qual se supõe que a densidade da energia escura seja constante ao longo do tempo. Os dados combinavam bem com a imagem Lambda CDM. Mas os pesquisadores não pararam por aí. Eles consideraram uma teoria na qual o comportamento da energia escura, ou seja, sua equação de estado, pode variar ao longo do tempo.
Por si só, os dados do DESI não conseguiram determinar com precisão como a energia escura evoluiu. Então a equipe combinou seus dados com estudos de supernovas, estrelas explodindo, para melhorar a estimativa. Esses dados combinados se encaixam melhor em uma energia escura em evolução do que em uma que era imutável. Dependendo do conjunto de dados de supernova que os pesquisadores usaram, o significado desse efeito foi de mais de 3 sigma. (Em física, 5 sigma é considerado o padrão ouro para descoberta; 3 sigma é considerado uma dica intrigante.) “Definitivamente não é o nível de descoberta, mas é definitivamente como, isso é emocionante”, diz Scolnic. “Não é tão ‘vanilha’ quanto eu acho que as pessoas poderiam estar esperando.”
Mais dados podem ajudar a esclarecer a situação. “Temos muito mais dados por vir que realmente nos dirão se as dicas que estamos vendo estão confirmadas”, diz a física do DESI Nathalie Palanque-Delabrouille, do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, na Califórnia. Os cientistas do DESI coletarão cinco anos de dados, eventualmente catalogando 3 milhões de quasares e 37 milhões de galáxias.
Esses resultados iniciais demonstram que os cientistas do DESI estão a caminho. Com mais dados, diz o astrofísico Michael Wood-Vasey, da Universidade de Pittsburgh, “eles realmente podem alcançar os objetivos que estabeleceram, de tentar descobrir o que é energia escura, tentar descobrir se há algum desvio do Lambda CDM”. No entanto, no momento, ele não está perturbalado com os potenciais indícios de nova física. “Sou um pouco conservador, então não fico profundamente animado com dicas sobre coisas.”A cosmologia já está repleta de controvérsias sobre as medições da constante de Hubble, a taxa atual de expansão do universo (SN: 30/07/19). Diferentes maneiras de medir esse número produzem resultados que se chocam. As medições do DESI não resolvem essa tensão constante do Hubble. Mas se os cientistas se afastarem de seu modelo padrão de CDM lambda, isso pode mudar a situação constante do Hubble. Isso porque a tensão é baseada na suposição de que o modelo Lambda CDM está correto, diz o colaborador do DESI Dillon Brout, físico da Universidade de Boston. “Isso … potencialmente explodiria a tensão [Hubble].”
