O modelo Timescape: e se a energia escura não existisse de fato?
Acredita-se que a energia escura seja responsável pela expansão acelerada do universo, mas e se não for?
O que está causando a expansão acelerada do universo? Crédito da imagem: ESA / NASA
Rossana Ruggeri: Ao observar a luz de estrelas distantes em explosão chamadas supernovas, em 1998 os astrônomos descobriram que o universo não está apenas se expandindo - sua expansão está acelerando. Mas o que está por trás dessa aceleração?
Entra a energia escura. É uma das peças perdidas mais debatidas e intrigantes da física moderna - uma forma misteriosa de energia que se acredita permear uniformemente todo o espaço. No modelo mais aceito da cosmologia moderna, a energia escura é o que impulsiona a expansão acelerada do universo.
Mas e se houver outra explicação que não envolva energia escura? Um estudo recente usando dados de supernovas sugere que pode realmente haver uma, e é chamado de modelo Timescape.
Essa descoberta pode desafiar profundamente nossa compreensão do cosmos, então vamos mergulhar.
O que é energia escura?
A espinha dorsal da cosmologia moderna é o modelo Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM). Ele descreve um universo onde uma energia escura - denotada pela letra grega Lambda - é o mecanismo de condução por trás da expansão acelerada do universo.
Sob este modelo, as galáxias estão dançando juntas sob o efeito de uma teia invisível de matéria escura feita de partículas pesadas que não interagem com nada. Os efeitos desta matéria escura fria só podem ser observados através da gravidade.
A energia escura é responsável por quase 70% do orçamento total de energia do universo, mas sua natureza exata continua sendo um dos maiores mistérios da física.
Algumas interpretações sugerem que a energia escura pode estar ligada à energia do vácuo, enquanto outros estudos tentaram descrevê-la como um novo campo de energia em evolução espalhado pelo espaço.
E um estudo recente da colaboração internacional DESI que rastreia a expansão do universo sugeriu que a energia escura pode estar enfraquecendo ao longo do tempo.
Também é possível que nossa atual teoria da gravidade (teoria da relatividade geral de Einstein) esteja incompleta. Talvez seja necessária uma extensão para descrever a interação gravitacional em escalas cosmológicas - distâncias na ordem de milhões a bilhões de anos-luz.
O que é o modelo Timescape?
A matéria - matéria escura, gás, galáxias, aglomerados de estrelas e superaglomerados - não é uniformemente espalhada pelo cosmos.
Mas para o modelo Lambda-CDM, assumimos que o universo é homogêneo e isotrópico. Isso significa que, em escalas cósmicas, a distribuição da matéria parece suave e uniforme. Quaisquer aglomerados e lacunas que possamos encontrar podem ser considerados insignificantes devido à grande escala da coisa toda.
Em contraste, o modelo Timescape leva em consideração a distribuição desigual da matéria. Ele sugere que nossa intrincada teia cósmica - composta de galáxias, aglomerados, filamentos e vastos vazios cósmicos - afeta diretamente como interpretamos a expansão do universo.
Isso significaria que o universo não está se estendendo uniformemente.
De acordo com o modelo Timescape, a taxa de expansão do universo varia entre diferentes regiões, dependendo de quão densas elas são.
O parâmetro-chave no modelo Timescape é a "fração de vazio": ela quantifica a proporção de espaço ocupado por vazios em expansão.
A gravidade determina que os vazios se expandam mais rápido do que regiões mais densas - eles têm menos matéria para contê-los, permitindo que o espaço se estenda mais livremente. Isso cria um efeito médio que pode imitar a expansão acelerada atribuída à energia escura no Lambda-CDM.
Em suma, o modelo Timescape sugere que pode apenas parecer para nós que a expansão do universo está acelerando. A velocidade de expansão depende de onde você está no universo.
O que o estudo descobriu?
Os autores do novo estudo analisaram uma das maiores coleções de supernovas do Tipo Ia, chamada de conjunto de dados Pantheon+. Essas supernovas são um padrão confiável usado para testar modelos cosmológicos.
A equipe comparou dois modelos principais: o Lambda-CDM padrão (nossa receita "baunilha" do universo) e o modelo Timescape.
Ao analisar supernovas brilhantes próximas, o modelo Timescape explicou as coisas melhor do que nosso modelo padrão. Isso foi apenas estatístico, com a análise estatística mostrando uma preferência "muito forte".
Mesmo quando eles examinaram supernovas mais distantes, onde as coisas deveriam estar mais uniformemente espalhadas, o Timescape ainda se manteve um pouco melhor do que o modelo usual.
A lição? O modelo Timescape, que se concentra em como "aglomerados e lacunas" cósmicos mudam a maneira como vemos o universo crescendo, pode ser melhor em capturar a verdadeira natureza da expansão do nosso universo. Isso seria especialmente verdade para o universo próximo - temos muitos vazios e filamentos perto de nós, o que afetaria como vemos a expansão.
Quão forte é a evidência, então?
Existem ressalvas importantes. A análise não leva em conta velocidades peculiares - pequenos movimentos aleatórios de galáxias que podem afetar as medições de supernovas. Eles também não levam em conta o viés de Malmquist, quando supernovas mais brilhantes têm mais probabilidade de serem incluídas nos dados simplesmente porque são mais fáceis de detectar.
Essas fontes potenciais de erro podem afetar gravemente seus resultados. Além disso, o estudo não usou o último conjunto de dados DES5yr de supernovas. Ele é mais consistente e uniforme em sua coleta de dados do que o Pantheon+, potencialmente tornando-o mais confiável para comparação.
Há outras coisas além das supernovas atualmente sustentando o modelo Lambda-CDM, mais notavelmente oscilações acústicas de bárions e lentes gravitacionais. Trabalhos futuros precisariam integrá-los ao modelo Timescape.
Mas com este novo estudo, o modelo Timescape oferece uma alternativa intrigante ao Lambda-CDM. O ponto principal é que a aceleração do nosso universo é uma ilusão devido à distribuição desigual da matéria com grandes vazios cósmicos se expandindo mais rápido do que regiões mais densas.
Se confirmado, isso representaria uma mudança revolucionária de paradigma na cosmologia.
Rossana Ruggeri, palestrante e bolsista ARC DECRA, The University of Queensland
Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original (abre em nova guia).
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