Pesquisadores de Cambridge descobrem nova maneira de medir a energia escura

Pesquisadores da Universidade de Cambridge descobriram uma nova maneira de medir a energia escura – a força misteriosa que constitui mais de dois terços do universo e é responsável pela sua expansão acelerada – no nosso próprio quintal cósmico.

Os pesquisadores descobriram um método para potencialmente detectar e medir a energia escura, examinando o movimento entre as galáxias Via Láctea e Andrômeda. Esta técnica, ainda em fase inicial, pode estimar o valor superior da constante cosmológica, um modelo simples de energia escura, que é cinco vezes superior aos valores determinados no universo primitivo. Imagem via NASA

Os pesquisadores descobriram que pode ser possível detectar e medir a energia escura estudando Andrômeda, nosso vizinho galáctico que está em rota de colisão em câmera lenta com a Via Láctea. 

Desde que foi identificada pela primeira vez no final da década de 1990, os cientistas têm usado galáxias muito distantes para estudar a energia escura, mas ainda não a detectaram diretamente. No entanto, os investigadores de Cambridge descobriram que, ao estudarem como Andrómeda e a Via Láctea se movem uma em direção à outra, dada a sua massa coletiva, poderiam estabelecer um limite superior para o valor da constante cosmológica, que é o modelo mais simples da energia escura.

O limite superior que encontraram é cinco vezes superior ao valor da constante cosmológica que pode ser detectada no universo primitivo.

Embora a técnica ainda esteja no início do seu desenvolvimento, os investigadores dizem que poderia ser possível detectar a energia escura estudando a nossa própria vizinhança cósmica. Os resultados são relatados no The Astrophysical Journal Letters.

Tudo o que podemos ver no nosso mundo e nos céus – desde pequenos insetos a enormes galáxias – representa apenas cinco por cento do universo observável. O resto é escuro: os cientistas acreditam que cerca de 27% do universo é feito de matéria escura, que mantém os objetos unidos, enquanto 68% é energia escura, que separa os objetos.

“Energia escura é um nome geral para uma família de modelos que você poderia adicionar à teoria da gravidade de Einstein”, disse o primeiro autor, Dr. David Benisty, do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica. “A versão mais simples disso é conhecida como constante cosmológica: uma densidade de energia constante que afasta as galáxias umas das outras.”

A constante cosmológica foi temporariamente adicionada por Einstein à sua teoria da relatividade geral. Entre as décadas de 1930 e 1990, a constante cosmológica foi fixada em zero, até que se descobriu que uma força desconhecida – a energia escura – estava causando a aceleração da expansão do universo. No entanto, existem pelo menos dois grandes problemas com a energia escura: não sabemos exatamente o que é e não a detectámos diretamente.

Desde que foi identificada pela primeira vez, os astrônomos desenvolveram uma variedade de métodos para detectar a energia escura, a maioria dos quais envolve o estudo de objetos do Universo primitivo e a medição da rapidez com que se afastam de nós. Desvendar os efeitos da energia escura de há milhares de milhões de anos não é fácil: uma vez que é uma força fraca entre as galáxias, a energia escura é facilmente superada pelas forças muito mais fortes no interior das galáxias.

No entanto, existe uma região do universo que é surpreendentemente sensível à energia escura, e está no nosso próprio quintal cósmico. A galáxia de Andrômeda é a mais próxima da nossa Via Láctea e as duas galáxias estão em rota de colisão. À medida que se aproximam, as duas galáxias começarão a orbitar uma à outra – muito lentamente. Uma única órbita levará 20 bilhões de anos. No entanto, devido às enormes forças gravitacionais, muito antes de uma única órbita estar completa, daqui a cerca de cinco bilhões de anos, as duas galáxias começarão a fundir-se e a cair uma na outra.

“Andrómeda é a única galáxia que não foge de nós, por isso, ao estudar a sua massa e movimento, poderemos ser capazes de fazer algumas determinações sobre a constante cosmológica e a energia escura,” disse Benisty, que também é investigador associado na Colégio das Rainhas.

Utilizando uma série de simulações baseadas nas melhores estimativas disponíveis da massa de ambas as galáxias, Benisty e os seus co-autores – Professora Anne Davis do DAMTP e Professor Wyn Evans do Instituto de Astronomia – descobriram que a energia escura está a afectar a forma como Andrómeda e o A Via Láctea está orbitando uma à outra.

“A energia escura afeta todos os pares de galáxias: a gravidade quer unir as galáxias, enquanto a energia escura as separa”, disse Benisty. “No nosso modelo, se alterarmos o valor da constante cosmológica, podemos ver como isso altera a órbita das duas galáxias. Com base na sua massa, podemos estabelecer um limite superior para a constante cosmológica, que é cerca de cinco vezes maior do que podemos medir no resto do universo.”

Os investigadores dizem que embora a técnica possa revelar-se imensamente valiosa, ainda não é uma detecção direta da energia escura. Os dados do Telescópio James Webb (James Webb) fornecerão medições muito mais precisas da massa e do movimento de Andrômeda, o que poderá ajudar a reduzir os limites superiores da constante cosmológica.

Além disso, ao estudar outros pares de galáxias, seria possível refinar ainda mais a técnica e determinar como a energia escura afeta o nosso universo. “A energia escura é um dos maiores enigmas da cosmologia”, disse Benisty. “Pode ser que os seus efeitos variem ao longo da distância e do tempo, mas esperamos que esta técnica possa ajudar a desvendar o mistério.”

Fonte: Terra Rara