Por que o Universo está se desintegrando?

Por que o Universo está se desintegrando? Essa é uma pergunta que assombra astrônomos desde a descoberta, nos anos 90, que a expansão do Universo está acelerando.

© Hubble Ultra Deep Field (imagem do céu profundo)

A complexidade cresce com novas observações de explosões estelares distantes que lançam dúvidas sobre a principal explicação, chamada de constante cosmológica.
O que quer que esteja provocando a aceleração do Universo foi batizado de energia escura, mas suas origens continuam misteriosas. No passado, quando Albert Einstein estava formulando sua teoria geral da relatividade, ele adicionou uma força repulsiva nas suas equações, chamada de constante cosmológica, que devia, na época, fazer com que a teoria previsse um Universo estático. Sem ela, seus cálculos mostravam que a gravidade não resultaria em um Universo estável, mas que ele colapsaria sobre si mesmo. Quando, mais tarde, descobriu-se que o Universo não era estático, mas que estava em expansão, Einstein abandonou a constante, que qualificou como seu maior erro. Décadas depois, porém, quando foi revelado que o Universo não estava simplesmente se expandindo, mas que sua dilatação estava acelerando, cientistas recuperaram a constante descartada e a adicionaram de volta às equações da teoria da relatividade para prever um Universo que está se desintegrando cada vez mais rápido. Atualmente, a constante cosmológica é a principal ideia para explicar a energia escura, mas ela só funciona se o que é conhecido como parâmetro da equação de estado da energia escura (relacionando pressão e densidade), chamado de w, for igual a -1.
Não foi isso, porém, que o Pan-STARRS (Telescópio de Pesquisa Panorâmica e Sistema de Resposta Rápida, literalmente), descobriu.
Com base na combinação de medidas cosmológicas de diversos projetos com registros do Pan-STARRS de um tipo especial de explosão estelar chamada de supernova do tipo Ia usada como régua cósmica para medir distâncias astronômicas, pesquisadores calcularam o valor de w em -1,186. “Esse valor para w significa que o modelo mais simples para explicar a energia escura não é verdadeiro”, declara Armin Rest do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial (STScI) em Baltimore, principal autor de um artigo relatando os resultados.
Entretanto, é preciso levar em conta que os resultados são preliminares, não devendo colocar a constante cosmológica seriamente em dúvida. “No momento, não podemos dizer que realmente encontramos uma discrepância. Nós ainda temos que verificar se isso se deve a algum problema com algum desses projetos”.
O cálculo é baseado em observações de aproximadamente 150 supernovas do tipo Ia feitas entre 2009 e 2011 pelo telescópio PS1 do Pan-STARRS, no Havaí. Essa classe de supernova ocorre quando um tipo específico de estrela, chamado de anã branca, atinge seu limite máximo de massa, que é do mesmo tipo para todas as anãs brancas, e explode com um brilho padrão. Ao comparar o brilho aparente de uma supernova com seu brilho intrínseco conhecido, astrônomos podem deduzir sua distância. Observações espectroscópicas da supernova, que dividem a luz em suas cores constituintes, revelam quanto o comprimento de onda da luz foi esticado pela expansão do Universo.
Com esses parâmetros em mãos, os pesquisadores do Pan-STARRS combinaram seus dados com as descobertas de outras sondas de energia escura, como as observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas feitas pelo satélite europeu Planck, para calcular o parâmetro de estado da equação da energia escura.
O quanto se concluir dos cálculos depende de seu nível de incerteza, e de saber se erros sistemáticos associados ao telescópio e à análise alteraram o resultado. “Sabemos que a calibragem de telescópios, a física de supernovas e as propriedades de galáxias são grandes fontes de incertezas, então todo mundo está tentando descobrir isso de maneiras diferentes”, observa Daniel Scolnic da Johns Hopkins University, que publicou um artigo com estimavas de incertezas dos dados.
“Dan fez um excelente trabalho caracterizando as sistemáticas”, elogia Alexander Conley da University of Colorado em Boulder, envolvido em tipo diferente de estudo de supernova chamado de Supernova Legacy Survey que obteve resultados semelhantes. No entanto, outro pesquisador do projeto, Julien Guy da Universidade Pierre e Marie Curie em Paris, aponta que a equipe pode ter subestimado seu erro sistemático ao ignorar uma fonte adicional de incerteza dos modelos de curva luminosa de supernovas. Ele está em contato com os pesquisadores do Pan-STARRS, que estão analisando esse fator. No fim das contas, a maioria dos especialistas declara que os novos resultados são impressionantes, mas que não provam a existência de uma nova física. “O artigo do Pan-STARRS apresenta uma análise muito profunda e cuidadosa, e um resultado sólido, mas não muda qualitativamente nossa visão dos parâmetros cosmológicos”, declara Joshua Frieman, astrofísico do Fermilab em Batavia, no estado de Illinois, não envolvido na pesquisa.
O fato de vários experimentos cosmológicos estarem produzindo valores de w diferentes de -1, porém, está chamando a atenção de muitos. “Essa já é a terceira pesquisa de supernovas distantes que chega a essa conclusão”, observa o astrônomo do STScI Adam Riess, membro da equipe do Pan-STARRS que recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2011 pela descoberta da energia escura. “Nós não podemos simplesmente dizer que essa ou aquela pesquisa estão erradas. Isso pode ser algo fundamental de uma dessas medidas. Ou talvez a energia escura seja mais intrigante do que o esperado”. Ainda que a constante cosmológica explique a energia escura matematicamente, ela não elucida os motivos de essa força existir. Um valor alternativo de w pode indicar que a energia escura não é constante no tempo, mas variável, uma ideia chamada de quintessência. De qualquer forma, o Pan-STARRS e de outras pesquisas produzirão novos dados em breve, seja para apoiar ou refutar o valor mais recente de w. “Acredito que dentro de um ou dois anos, isso provavelmente se tornará definitivo, ou desaparecerá”, conclui Riess.

Fonte: Scientific American