Pesquisa sobre supernovas sugere que a energia escura pode estar mudando

Poderia a energia escura estar se dissipando à medida que o universo se expande? Novas descobertas estão pelo menos levantando a questão. 

SN 1994D em NGC 4526 era uma supernova do tipo Ia fotografada aqui pelo Telescópio Espacial Hubble. Crédito: NASA, ESA, equipe do projeto Hubble Key e equipe de pesquisa de supernovas High-Z 

A versão mais refinada e abrangente da técnica que descobriu a energia escura apresentou um novo resultado que os cientistas chamam de “tentador”, sugerindo potencialmente que a energia escura pode não ser tão constante como geralmente se supõe. 

Estas descobertas vêm do Dark Energy Survey (DES), um esforço de seis anos para pesquisar centenas de milhões de galáxias nos céus do sul. O projeto parou de coletar dados em 2019, mas os pesquisadores ainda estão analisando-os, incluindo quase 1.500 supernovas do tipo Ia — um tipo de explosão estelar que tem sempre o mesmo brilho. Isto permite aos investigadores medir as vastas distâncias até às suas galáxias hospedeiras, até milhares de milhões de anos-luz de distância. 

A nova análise reafirma — com maior confiança — que a expansão do Universo está a acelerar devido a alguma fonte desconhecida de energia que compreende 70 por cento do Universo, a que os astrónomos chamam energia escura. E em sua análise, a forma como a taxa dessa expansão aumenta se ajusta perfeitamente ao modelo mais simples e aceito de energia escura, chamado matéria escura fria lambda (ΛCDM), no qual a densidade da energia escura é constante e nunca mudanças.

 Mas não é exatamente um ajuste exato – e é aí que reside a intriga. 

“Há indícios tentadores de que a energia escura muda com o tempo”, disse Tamara Davis, astrônoma da Universidade de Queensland, na Austrália, em comunicado . “Descobrimos que o modelo mais simples de energia escura – ΛCDM – não é o mais adequado. Não está tão longe que tenhamos descartado essa possibilidade, mas na busca para entender o que está acelerando a expansão do universo, esta é uma nova peça intrigante do quebra-cabeça. Uma explicação mais complexa pode ser necessária.”

O trabalho foi apresentado na reunião de inverno da American Astronomical Society (AAS) em Nova Orleans, no dia 8 de janeiro, no mesmo dia em que um rascunho do artigo foi publicado no servidor de pré-impressão arXiv . 

Modelos alternativos

O novo estudo é a tentativa mais abrangente de medir a expansão do Universo usando supernovas do tipo Ia, fazendo uso de dados recolhidos pelo DES no Telescópio Victor M. Blanco de 4 metros, no Chile. As supernovas do tipo Ia podem ocorrer quando uma estrela anã branca num sistema binário se aproxima o suficiente da sua companheira para sugar matéria dela. 

Se uma anã branca atingir uma massa crítica – cerca de 1,4 vezes a do Sol – já não consegue suportar o seu próprio peso e explode numa reação termonuclear descontrolada. Como a física determina que isso aconteça com a mesma massa, as supernovas do tipo Ia têm aproximadamente o mesmo brilho. Isto significa que quando alguém dispara numa galáxia distante, podemos medir a distância até essa galáxia: quanto mais fraca for a supernova do tipo Ia, mais distante estará a galáxia. 

Esta técnica foi o que permitiu aos investigadores descobrir, no final da década de 1990, que o Universo não está apenas a expandir-se, mas que a sua expansão está a acelerar . Desde então, os investigadores têm continuado a procurar supernovas do tipo Ia, a fim de medir com mais precisão a rapidez com que esta aceleração está a ocorrer — e para combinar isso com os seus modelos cosmológicos. 

No modelo cosmológico padrão de ΛCDM, lambda é um parâmetro conhecido como constante cosmológica. No ΛCDM, a energia escura preenche o universo a uma densidade fixa, nunca se tornando mais ou menos concentrada, mesmo à medida que o universo se expande. 

Mas a equipe considerou um modelo alternativo, chamado wCDM, no qual w pode variar. Quando w = –1, o modelo simplifica para ΛCDM simples. Mas se for diferente de –1, a energia escura pode estar mudando com o tempo. Um w menor que –1 significa que a densidade da energia escura aumenta inexoravelmente ao longo do tempo, levando à expansão do universo destruindo tudo nele em um cenário chamado Big Rip. 

Por outro lado, um w maior que –1 (mas menor que 0) corresponde à energia escura se dissipando um pouco ao longo do tempo, embora ainda impulsionando um universo em aceleração. 

A equipe descobriu que o melhor ajuste para os dados de supernovas é w = –0,80 com uma incerteza de 0,15. Ao combinar os seus resultados com outros indicadores, como a radiação cósmica de fundo, a equipa conseguiu reduzir as barras de erro, chegando a w = –0,941, mais ou menos 0,026.

Fonte: Astronomy.com