O Dark Energy Survey (DES) aproximou-nos da compreensão desta misteriosa forma de energia.
Há mais de dez anos, o Dark Energy Survey (DES) começou a mapear o universo para encontrar evidências que pudessem nos ajudar a compreender a natureza do misterioso fenômeno conhecido como energia escura. Sou um dos mais de 100 cientistas contribuintes que ajudaram a produzir a medição final do DES, que acaba de ser divulgada na 243ª reunião da Sociedade Astronômica Americana em Nova Orleans.
Estima-se que a energia escura representa quase 70% do universo observável, mas ainda não entendemos o que é. Embora a sua natureza permaneça misteriosa, o impacto da energia escura é sentido em grande escala. Seu principal efeito é impulsionar a expansão acelerada do universo.
O anúncio em Nova Orleans pode nos aproximar de uma melhor compreensão desta forma de energia. Entre outras coisas, dá-nos a oportunidade de testar as nossas observações contra uma ideia chamada constante cosmológica que foi introduzida por Albert Einstein em 1917 como forma de neutralizar os efeitos da gravidade nas suas equações para alcançar um universo que não se expandia nem se contraía. Mais tarde, Einstein retirou-o dos seus cálculos.
No entanto, os cosmólogos descobriram mais tarde que não só o Universo estava em expansão, como também a expansão estava acelerada. Esta observação foi atribuída à misteriosa quantidade chamada energia escura. O conceito de constante cosmológica de Einstein poderia realmente explicar a energia escura se ela tivesse um valor positivo (permitindo-lhe adaptar-se à expansão acelerada do cosmos).
Os resultados do DES são o culminar de décadas de trabalho de investigadores de todo o mundo e fornecem uma das melhores medições até agora de um parâmetro indescritível chamado "w", que significa a "equação de estado" da energia escura. Desde a descoberta da energia escura em 1998, o valor da sua equação de estado tem sido uma questão fundamental.
Este estado descreve a relação entre pressão e densidade de energia de uma substância. Tudo no universo tem uma equação de estado.
O seu valor indica se uma substância é semelhante a um gás, relativística (descrita pela teoria da relatividade de Einstein) ou não, ou se se comporta como um fluido. Elaborar este número é o primeiro passo para realmente compreender a verdadeira natureza da energia escura.
Nossa melhor teoria para w prevê que deveria ser exatamente menos um (w=-1). Esta previsão também assume que a energia escura é a constante cosmológica proposta por Einstein.
Subvertendo expectativas
Uma equação de estado de menos um diz-nos que à medida que a densidade de energia da energia escura aumenta, a pressão negativa também aumenta. Quanto maior a densidade de energia no universo, maior a repulsão existe - em outras palavras, a matéria empurra outra matéria. Isso leva a um universo em aceleração e constante expansão. Pode parecer um pouco bizarro, pois é contra-intuitivo em relação a tudo o que vivenciamos na Terra. O trabalho utiliza a sonda mais direta que temos sobre a história da expansão do universo: as supernovas do Tipo Ia. Trata-se de um tipo de explosão estelar e atuam como uma espécie de parâmetro cósmico, permitindo-nos medir distâncias incrivelmente grandes no universo. Essas distâncias podem então ser comparadas às nossas expectativas. Esta é a mesma técnica usada para detectar a existência de energia escura há 25 anos. A diferença agora está no tamanho e na qualidade da nossa amostra de supernovas. Usando novas técnicas, a equipe do DES possui 20 vezes mais dados, em uma ampla gama de distâncias. Isso permite uma das medições de w mais precisas de todos os tempos, fornecendo um valor de -0,8. À primeira vista, este não é o valor exato de menos um que previmos. Isso pode indicar que não é a constante cosmológica. No entanto, a incerteza nesta medição é suficientemente grande para permitir menos um com uma probabilidade de 5%, ou probabilidades de aposta de apenas 20 para 1. Este nível de incerteza ainda não é suficientemente bom para dizer de qualquer forma, mas é um excelente começo.
A detecção da partícula subatômica do Bóson de Higgs em 2012 no Grande Colisor de Hádrons exigia chances de um milhão para uma de estar errado. No entanto, esta medição pode sinalizar o fim dos modelos "Big Rip" que possuem equações de estado mais negativas que uma. Nesses modelos, o Universo expandir-se-ia indefinidamente a um ritmo cada vez mais rápido - eventualmente destruindo galáxias, sistemas planetários e até o próprio espaço-tempo. Isso é um alívio.
Como sempre, os cientistas querem mais dados e esses planos já estão bem encaminhados. Os resultados do DES sugerem que as nossas novas técnicas funcionarão para futuras experiências de supernovas com a missão Euclid da ESA (lançada em julho de 2023) e o novo Observatório Vera Rubin no Chile. Este observatório deverá em breve utilizar o seu telescópio para obter uma primeira imagem do céu após a construção, dando uma ideia das suas capacidades.
Estes telescópios de próxima geração poderão encontrar milhares de supernovas, ajudando-nos a fazer novas medições da equação de estado e lançando ainda mais luz sobre a natureza da energia escura.
Robert Nichol, Pró-Vice-Chanceler e Reitor Executivo, Universidade de Surrey.