Segundo uma equipa de cientistas húngaros e americanos, a enigmática “energia escura”, que se presume representar 68% do Universo, pode afinal não existir. Os investigadores desta equipa acreditam que os modelos standard do Universo não têm levado em conta a sua estrutura em transformação, mas que se levarem, a necessidade de recorrer à energia escura desaparece.

Modelo Avera da expansão do Universo.
Um frame da animação que mostra a expansão do Universo: no painel superior esquerdo, a vermelho, na cosmologia standard ‘Lambda Cold Dark Matter’, que inclui energia escura; no painel superior do meio, a azul, o novo Modelo AvERA, que considera a estrutura do Universo e elimina a necessidade de energia escura; no painel superior direito, verde, na cosmologia Einstein-de-Sitter, o modelo original sem energia escura. O painel na parte inferior mostra o aumento do “fator de escala” (uma indicação do tamanho) em função do tempo, onde 1Gya representa mil milhões de anos. O crescimento da estrutura também pode ser visto nos painéis superiores. Um ponto representa aproximadamente um enxame de galáxias. As unidades de escala estão em Megaparsecs (Mpc). Créditos: István Csabai et al.

O Universo formou-se no Big Bang, há 13,8 mil milhões de anos, e desde então tem vindo a expandir-se. A prova para essa expansão é a lei de Hubble, que se baseia em observações de galáxias e que afirma que, em média, a velocidade a que uma galáxia se afasta é proporcional à sua distância.

Os astrónomos medem esta velocidade de recessão observando as linhas no espectro de uma galáxia, que se deslocam mais para o vermelho quanto mais depressa a galáxia se está a afastar. A partir da década de 1920, o mapeamento das velocidades das galáxias levou os cientistas a concluírem que todo o Universo está em expansão, e que teve início numa singularidade.

Na segunda metade do século XX, os astrónomos deduziram a existência de “matéria escura” invisível notando que era necessário algo extra para explicar o movimento das estrelas dentro das galáxias. Neste momento, calcula-se que a matéria escura represente 27% do conteúdo do Universo e a matéria comum apenas 5%.

Nos anos 90, observações de explosões de estrelas anãs brancas em sistemas binários, fenómenos que se conhecem por supernovas Tipo Ia, levaram os cientistas a concluir que havia uma terceira componente, a energia escura, representando 68% do Universo e responsável por acelerar a sua expansão.

Neste novo trabalho, a equipa liderada pelo investigador Gábor Rácz, da Universidade Eötvös Loránd, na Hungria, questiona a existência de energia escura e sugere uma explicação alternativa. Argumentam que os modelos convencionais de cosmologia, que estudam a origem e evolução do Universo, dependem de aproximações que ignoram a sua estrutura, e que assumem que a matéria tem uma densidade uniforme.

“As equações da Relatividade Geral de Einstein que descrevem a expansão do Universo são tão complexas em termos matemáticos que, em cem anos, não foram encontradas soluções que tivessem em conta o efeito das estruturas cósmicas. Sabemos, por observações muito precisas de supernovas, que o Universo está em aceleração, mas ao mesmo tempo apoiamo-nos em aproximações grosseiras às equações de Einstein, que podem introduzir sérios efeitos paralelos, como a necessidade de energia escura, nos modelos projetados para se ajustarem aos dados observacionais,” explicou László Dobos, coautor do estudo, também da Universidade Eötvös Loránd.

Para se ter uma ideia, a matéria normal e a escura parecem preencher o Universo numa estrutura em forma de espuma, com as galáxias localizadas nas paredes finas entre bolhas e agrupadas em superenxames. Em contraste, o interior das bolhas está quase vazio de ambos os tipos de matéria.

Usando uma simulação por computador para modelar o efeito da gravidade na distribuição de milhões de partículas de matéria escura, os cientistas reconstruíram a evolução do Universo, incluindo o aglomerado inicial da matéria e a formação da estrutura em larga escala.

Ao contrário do que acontecia com as simulações convencionais com um Universo em suave expansão, levando em conta a estrutura, chegou-se a um modelo onde as diferentes regiões do cosmos se expandem a taxas diferentes. No entanto, a taxa média de expansão está de acordo com as observações atuais, o que sugere uma aceleração global.

A animação do Modelo AvERA de onde foi retirado o frame que se mostra na imagem acima. Créditos: István Csabai et al.

Dobos acrescentou: “a Teoria da Relatividade Geral é fundamental para a compreensão do modo como o Universo evolui. Não pomos em causa a sua validade, mas sim a validade das soluções aproximadas. Os nossos resultados baseiam-se numa conjetura matemática que permite a expansão diferencial do espaço, em concordância com a relatividade geral, e mostram como a formação de estruturas complexas de matéria afeta a expansão. Estas questões foram anteriormente varridas para debaixo do tapete, mas levá-las em conta pode explicar a aceleração sem necessidade de energia escura.”

Se esta investigação for confirmada, poderá ter um impacto significativo nos modelos do Universo e no futuro da investigação em física. Durante os últimos 20 anos, os astrónomos e os físicos teóricos especularam sobre a natureza da energia escura, mas esta continua a ser um mistério. Com o novo modelo, Csabai e a sua equipa esperam, pelo menos, ter dado início a um debate animado.

Este estudo vem publicado num artigo na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Nota: 1 Mpc = 3,08567758 × 1022 m

Fonte da notícia: RAS

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