Prepare-se para mais "uma mudança alucinante": a expansão do Universo "pode parar e voltar a colapsar"

Por Ashley Strickland, CNN

A astronomia é sempre tão fascinante

 Mais uma mudança alucinante”: novos dados sugerem que a misteriosa energia escura está a evoluir

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Novas pistas de um dos mais extensos estudos do cosmos até à data sugerem que a misteriosa energia escura pode estar a evoluir de uma forma que pode mudar a forma como os astrónomos compreendem o universo.

A energia escura é um termo que os cientistas utilizam para descrever uma energia ou força que acelera a expansão do universo. Mas embora represente 70% da energia do cosmos, os investigadores ainda não fazem ideia do que é exatamente a energia escura, diz Mustapha Ishak-Boushaki, professor de Física e Astrofísica na Universidade do Texas, em Dallas, EUA.

Ishak-Boushaki é copresidente de um grupo de trabalho para a colaboração do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura, conhecido por DESI. O instrumento, agora no seu quarto ano de observação do céu, pode observar a luz de 5000 galáxias ao mesmo tempo. Quando o projeto terminar no próximo ano, terá medido a luz de cerca de 50 milhões de galáxias.

A colaboração, que inclui mais de 900 investigadores, permitiu a partilha de dados dos primeiros três anos de observações do DESI. Entre as descobertas contam-se as medições de cerca de 15 milhões de galáxias e quasares, alguns dos objetos mais brilhantes do Universo. Ishak-Boushak ajudou a liderar a análise dos últimos dados do DESI, que sugerem que a energia escura - há muito designada por “constante cosmológica”, uma vez que os astrónomos pensavam que era imutável - está a comportar-se de forma inesperada e pode mesmo estar a enfraquecer com o tempo.

“A descoberta da energia escura há quase 30 anos foi já a maior surpresa da minha vida científica”, afirma David Weinberg, professor de Astronomia na Universidade Estatal do Ohio, que contribuiu para a análise do DESI. “Estas novas medições oferecem as provas mais fortes até agora de que a energia escura evolui, o que seria mais uma mudança alucinante para a nossa compreensão de como o Universo funciona.”

As descobertas colocam os astrónomos mais perto de desmascarar a natureza misteriosa da energia escura, o que pode significar que o modelo padrão de como o universo funciona também pode precisar de uma atualização, dizem os cientistas.

Um olhar profundo sobre o universo

O Instrumento Espectroscópico de Energia Escura está no topo do telescópio de quatro metros Nicholas U. Mayall, da Fundação Nacional de Ciência no Observatório Nacional de Kitt Peak, em Tucson, Arizona, EUA. Os 5.000 “olhos” de fibra ótica do instrumento e a sua extensa capacidade de observação estão a permitir aos cientistas construir um dos maiores mapas 3D do universo e acompanhar a forma como a energia escura influenciou e moldou o cosmos ao longo dos últimos 11 mil milhões de anos.

O Telescópio Mayall, de 4 metros, está localizado acima do horizonte no Arizona foto Marilyn Sargent/The Regents of the University of California, Lawrence Berkeley National Laboratory

A luz de objetos celestes como as galáxias demora algum tempo a chegar à Terra, o que significa que o DESI pode efetivamente ver como era o cosmos em diferentes momentos, desde há milhares de milhões de anos até ao presente.

“O DESI é diferente de qualquer outra máquina em termos da sua capacidade de observar objetos independentes em simultâneo”, diz John Moustakas, professor de Física no Siena College e coordenador da publicação dos dados.

As mais recentes descobertas incluem dados sobre mais do dobro dos objetos cósmicos que foram analisados e apresentados há menos de um ano. Essas revelações de 2024 sugeriram pela primeira vez a forma como a energia escura pode estar a evoluir.

“O nosso objetivo é deixar que o Universo nos diga como funciona e talvez o Universo nos esteja a dizer que é mais complicado do que pensávamos”, afirma Andrei Cuceu, investigador de pós-doutoramento no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA, que gere o DESI, e copresidente do grupo de trabalho Lyman-alpha do DESI. “É interessante e dá-nos mais confiança ver que muitas linhas de evidência diferentes estão a apontar na mesma direção.”

Evidências cósmicas crescentes

O DESI pode medir aquilo a que os cientistas chamam a escala da oscilação acústica dos bariões, ou BAO - essencialmente a forma como os eventos que ocorreram no início do Universo deixaram para trás padrões na distribuição da matéria no cosmos. Os astrónomos olham para a escala BAO, com separações de matéria de cerca de 480 milhões de anos-luz, como uma régua padrão.

“Esta escala de separação é como uma régua gigantesca no espaço que podemos usar para medir distâncias e usamos a combinação destas distâncias e redshifts (velocidade a que os objetos se afastam de nós) para medir a expansão do Universo”, diz Paul Martini, coordenador da análise e professor de Astronomia na Universidade Estatal do Ohio.

Medir a influência da energia escura ao longo da história do Universo mostra como tem sido uma força dominante.

Os investigadores começaram a reparar que, quando combinaram estas observações com outras medições da luz em todo o Universo, tais como a explosão de estrelas, a luz distorcida pela gravidade de galáxias distantes e a luz que sobrou dos primórdios do Universo, denominada fundo cósmico de micro-ondas, os dados do DESI mostram que o impacto da energia escura pode estar a enfraquecer ao longo do tempo.

“Se isto continuar, a energia escura acabará por deixar de ser a força dominante no Universo”, afirma Ishak-Boushak. "Por conseguinte, a expansão do Universo deixará de acelerar e manter-se-á a um ritmo constante ou, nalguns modelos, poderá mesmo parar e voltar a colapsar. Claro que estes futuros são muito remotos e levarão milhares de milhões de anos a acontecer. Há 25 anos que trabalho com a questão da aceleração cósmica e a minha perspetiva é que, se as provas continuarem a aumentar, e é provável que isso aconteça, então será um grande acontecimento para a cosmologia e para toda a física."

A faixa cintilante da galáxia Via Láctea pode ser vista à esquerda do telescópio foto KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/R.T. Spark

Resolver um mistério duradouro

Ainda não há provas suficientes para declarar uma descoberta inovadora que afirme definitivamente que a energia escura está a evoluir e a enfraquecer, mas isso pode mudar dentro de alguns anos, considera Ishak-Boushak.

“A minha primeira grande questão é se continuaremos a ver provas da evolução da energia escura à medida que as nossas medições forem melhorando”, diz, por sua vez, Paul Martini. "Se chegarmos ao ponto em que as provas são esmagadoras, então as minhas próximas perguntas serão: como é que a energia escura evolui? E quais são as explicações físicas mais prováveis?".

A publicação dos novos dados pode também ajudar os astrofísicos a compreender melhor a evolução das galáxias e dos buracos negros e a natureza da matéria escura. Embora a matéria escura nunca tenha sido detetada, acredita-se que constitua 85% da matéria total do Universo.

Os cientistas envolvidos na colaboração estão ansiosos por melhorar as suas medições utilizando o DESI.

“Qualquer que seja a natureza da energia escura, vai moldar o futuro do nosso universo”, diz Michael Levi, diretor do DESI e cientista do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. “É notável que possamos olhar para o céu com os nossos telescópios e tentar responder a uma das maiores questões que a humanidade alguma vez colocou.”

Uma nova experiência chamada Spec-S5, ou Stage 5 Spectroscopic Experiment, podia medir mais de 10 vezes mais galáxias do que a DESI para estudar tanto a energia escura como a matéria escura, diz Martini.

“A Spec-S5 usaria telescópios nos hemisférios norte e sul para mapear galáxias em todo o céu”, explica Martini. “Estamos também entusiasmados com a forma como o telescópio Vera Rubin estudará as supernovas e fornecerá um conjunto de dados novos e uniformes para estudar a história da expansão do Universo.”

Outros observatórios espaciais, como o telescópio espacial Euclid e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, cujo lançamento está previsto para 2027, também contribuirão com mais medições importantes da matéria escura e da energia escura nos próximos anos, que podem ajudar a preencher as lacunas, diz Jason Rhodes, um cosmólogo observacional do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia. Rhodes, que não está envolvido no DESI, é o líder científico do Euclid nos EUA e investigador principal da equipa científica de energia escura do Euclid da NASA.

Rhodes, que considera os resultados intrigantes, afirma que os dados mostram uma tensão ligeira mas persistente entre as medições dos primeiros tempos do universo e as do universo posterior.

“Isto significa que o nosso modelo mais simples de energia escura não permite que o universo primitivo que observamos evolua para o universo tardio que observamos. Os resultados do DESI - e alguns outros resultados recentes - parecem indicar que é preferível um modelo mais complexo de energia escura. Isto é verdadeiramente excitante porque pode significar que uma nova física, desconhecida, governa a evolução do Universo. O DESI deu-nos resultados tentadores que podem indicar que é necessário um novo modelo de cosmologia.”