Duas teorias diferentes dizem que não há matéria escura em nosso universo

O modelo cosmológico padrão Lambda-CDM afirma que o universo é composto de matéria comum ou bariônica, energia escura e matéria escura. Estas duas últimas questões ainda são desconhecidas e são atualmente objeto de vários estudos e análises. E agora, depois de muito pouco tempo, dois estudos conduzidos por equipes diferentes e baseados em diferentes pressupostos, hipóteses e modelos sugeriram que não há matéria escura em nosso universo.

O primeiro deles é baseado em um estudo publicado em julho de 2023 no qual o professor Rajendra Gupta, da Universidade de Ottawa, sugeriu que a idade do universo em que vivemos pode não ser de 13,797 bilhões de anos, como prevê o modelo Lambda-CDM. Em vez disso, no novo modelo cosmológico CCC+TL, ele terá 26,7 bilhões de anos, ou duas vezes mais velho. Recentemente, um pesquisador publicou um artigo confirmando que não haveria lugar para a matéria escura neste universo de 26,7 bilhões de anos.

O segundo artigo é de Jonathan Oppenheim e Andrea Russo, da University College London (UCL), publicado na revista ArXiV e ainda não foi revisado por pares. Esses dois pesquisadores propuseram uma teoria alternativa à gravidade quântica que considera o tempo espacial caracterizado por instabilidade interna. Nessa teoria, a matéria escura seria uma ilusão: a interpretação da gravidade de Oppenheim e Rousseau tornaria possível descrever certos fenômenos sem recorrer a conceitos como energia escura e matéria escura.

Por que o modelo Lambda-CDM olha para a matéria escura?

Em cosmologia, o termo "matéria escura" descreve a forma de matéria que compõe a maior parte da massa do universo. Ele não emite, absorve ou reflete a luz eletromagnética, tornando-a invisível aos nossos instrumentos de observação direta.

A necessidade de considerar a matéria escura surgiu como resultado de observações das velocidades orbitais das estrelas dentro das galáxias. Em particular, os astrônomos descobriram que essas velocidades não podem ser totalmente explicadas pelas massas de estrelas vistas nas próprias galáxias. Em outras palavras, há mais matéria envolvida do que pode ser explicada pela matéria visível. Esta discrepância levou à necessidade de introduzir uma nova forma de matéria, a saber, a matéria escura, a fim de dar uma explicação holística e completa dos fenômenos observados.

No modelo cosmológico padrão Lambda-CDM, a matéria escura desempenha um papel crucial na formação e evolução de estruturas cósmicas, como galáxias e aglomerados de galáxias. Acredita-se que tenha desempenhado um papel fundamental na criação dos primeiros pequenos superaglomerados de matéria no universo primitivo, que mais tarde serviram como estrutura básica para a formação de galáxias. E que ainda forma as longas cadeias da teia cósmica na estrutura em grande escala do universo, juntamente com o hidrogênio.

No entanto, apesar de sua importância, a matéria escura permanece elusiva e ainda não pode ser observada diretamente. Suposições sobre sua existência são feitas principalmente com base em efeitos gravitacionais em escala cósmica. Embora as evidências da existência de matéria escura tenham crescido ao longo dos anos, ela ainda não foi identificada em laboratório. Portanto, o nível de confiança em sua existência é alto, mas não absoluto.

Modelo Gupta CCC+TL

Rajendra Gupta desenvolveu um novo modelo cosmológico, revelado em julho de 2023, que combina duas ideias diferentes: o modelo de constantes de desacoplamento variável (CCC) e a teoria da luz cansada (TL).

A primeira decorre da hipótese de Paul Dirac sobre a evolução das constantes de desacoplamento, as constantes físicas fundamentais que governam a interação entre partículas. Segundo Dirac, elas podem mudar com o tempo. E Gupta descobriu que, ao permitir que elas evoluam, no jargão que dizemos, tornando-as covariantes (daí as constantes de acoplamento covariável, CCC), é possível estender o período de formação das primeiras galáxias, que o Telescópio Espacial James Webb observou serem muito mais maduras do que seria esperado no universo nascente, de centenas de milhões de anos para vários bilhões de anos.

A segunda é a teoria da Luz Cansada (TL), que afirma que a luz perde energia lentamente à medida que viaja uma longa distância. Este efeito é quase indistinguível do desvio cosmológico para o vermelho previsto no modelo Lambda-CDM, que implica um universo em expansão. No entanto, essa teoria, proposta por Fritz Zwicky em 1929, prevê diferentes mecanismos dependendo do contexto. E, atualmente, suas implicações contradizem as observações, especialmente as observações da radiação cósmica de fundo (CMB), o chamado "eco do Big Bang".

O modelo de Gupta foi testado e mostrou se ajustar a várias observações, como a distribuição das galáxias e a evolução da luz no universo primitivo. Muitas dessas observações vêm da sonda James Webb, que descobriu e continua descobrindo cada vez mais galáxias que já se formaram, tão grandes quanto as galáxias que vemos hoje, apesar do fato de que o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos na época.

A diferença de correlação entre os dois diferentes parâmetros testados por Gupta em seu modelo cosmológico CCC+TL em comparação com o modelo cosmológico padrão Lambda-CDM.

De acordo com esse modelo, a expansão acelerada do universo, que no modelo cosmológico padrão é impulsionada pela energia escura, é na verdade causada pelo enfraquecimento das forças da natureza à medida que o cosmos se expande. Ou seja, a luz gradualmente perde energia, e as constantes cosmológicas fundamentais mudam de tal forma que causam a expansão cósmica que observamos.

Além disso, ele descarta completamente a presença cosmológica de matéria escura, permanecendo consistente com a maioria das principais observações testadas até agora com este modelo.

Oppenheim e a teoria de Rousseau

O professor Oppenheim passou os últimos cinco anos desenvolvendo uma abordagem que busca unificar dois pilares fundamentalmente incompatíveis da física moderna: a mecânica quântica e a relatividade geral de Einstein.

A teoria proposta por Oppenheim e Rousseau prevê que o tecido do espaço-tempo é liso e contínuo, como na teoria clássica, mas internamente instável, no jargão "desenvolvendo-se estocásticamente". A velocidade da passagem do tempo flutuará aleatoriamente, o espaço será sempre curvado aleatoriamente e o tempo divergirá em diferentes partes do universo com a inevitável ruptura da previsibilidade.

Nesse modo, é possível explicar as observações fundamentais da rotação das galáxias que levaram à hipótese da existência de matéria escura. De acordo com o modelo padrão, que inclui a matéria escura, a gravidade deve ser mais fraca para as estrelas nas bordas da galáxia, e então surge um halo de matéria invisível que as sustenta, ligando-as à própria galáxia. Na teoria de Oppenheim e Rousseau, por outro lado, a energia necessária para manter as estrelas em órbita é fornecida por flutuações internas aleatórias no espaço-tempo, que essencialmente adicionam um zumbido gravitacional de fundo.

Isso seria insignificante em uma força chamada de "alta gravidade", como a Terra orbitando o Sol. Mas em condições de "baixa gravidade", como estrelas na borda de uma galáxia, esse fenômeno dominará. E, coletivamente, pode explicar a maior parte da energia no universo.

Isso exclui a possibilidade de que a matéria escura e a energia escura expliquem alguns dos fenômenos. "Parece que 95% do universo se deve à natureza irregular do espaço-tempo", disse Oppenheim em um post no site do X sobre a descoberta.

Atualmente, essa teoria é considerada especulativa e levanta muitas questões na comunidade científica. Teóricos conhecidos como Carlo Rovelli e Jeff Penington fizeram uma aposta contra a correção dos resultados de Oppenheim, acreditando que é a abordagem errada para unificar a mecânica quântica e a gravidade.

Quem tem razão?

A ideia de que a matéria escura poderia ser apenas uma ilusão científica tem sido objeto de debate entre os cientistas. Alguns pesquisadores propuseram alternativas à matéria escura para explicar os efeitos gravitacionais observados, como modificações nas leis da gravidade ou novas teorias sobre a própria gravidade. Um exemplo é a ideia de Oppenheim e Rousseau. Outros propuseram alternativas aos modelos cosmológicos padrão, como Gupta fez.

Até agora, no entanto, nenhuma dessas alternativas foi capaz de fornecer uma explicação completa e consistente para uma ampla gama de fenômenos observados no universo, como a rotação de galáxias e a formação de estruturas cósmicas em grande escala. A matéria escura, por outro lado, provou ser uma explicação muito eficaz para tais fenômenos, oferecendo um quadro teórico coerente que é apoiado por inúmeras observações independentes.

Além disso, grande parte das evidências de matéria escura vem de fontes diferentes e complementares, como radiação cósmica de fundo, lentes gravitacionais e a distribuição das galáxias no universo. Assim, todas essas evidências convergentes se inclinam para a ideia de que a matéria escura é um componente real e fundamental do nosso universo.

De qualquer forma, é importante enfatizar que a ciência é um processo contínuo de exploração e descoberta, e as teorias podem ser revistas e reformuladas com base em novas evidências e novas ideias. Assim, embora a matéria escura continue sendo uma explicação plausível e bem fundamentada para muitos fenômenos cosmológicos, é questionando teorias e explorando várias possibilidades que a pesquisa científica está avançando, permitindo-nos aprofundar nossa compreensão desse universo elusivo cada vez mais.