O prémio Nobel da Física de 2011: Supernovas e a aceleração do Universo

Em 2006 Perlmutter ganhou o 2006 International Antonio Feltrinelli Prize In the Physical Sciences, Lyncei Academy of Rome e em conjunto, Perlmutter, Riess e Schmidt ganharam o Shaw Prize in Astronomy, Hong Kong. Os membros das equipas, SCP e High-Z team, foram galardoados com o Premio da Cosmologia da Fundação Gruber em 2007. E foi em 2011 que Perlmutter, Schimdt e Riess foram laureados com o Nobel da Física “pela descoberta da expansão acelerada do Universo através de observações de supernovas distantes”.

Mas o que é então esta “Energia Escura” que faz o Universo entrar em expansão acelerada? Varias possibilidades foram propostas ao longo dos anos e a primeira a vir a lume foi a famosa constante cosmológica. Esta quantidade era um número inicialmente sugerido por Einstein para explicar porque é que o Universo é aparentemente estático. Mas posta a descoberta do Universo em expansão por Hubble e perante os resultados teóricos de Lemaitre e Friedmann, Einstein abandonou a necessidade desta constante. Todavia este conceito foi ressuscitado em 1940 para explicar a aparente inconsistência entre a idade das estrelas mais velhas que tinham valores superiores à idade do próprio Universo. À medida que a astrofísica das estrelas foi sendo melhor compreendida, este deixou de ser um problema e a ideia da constante cosmológica foi novamente abandonada. Nos anos 1970, a constante cosmológica foi uma vez mais invocada para explicar um excesso de quasars a redshift z = 2. Este problema também foi resolvido e a constante cosmológica novamente esquecida. Não é sem surpresa que muitos investigadores se mostraram cépticos em aceitar os resultados das supernovas que indicavam a necessidade da famigerada constante cosmológica. Este cepticismo só foi levantado quando observações precisas da radiação cósmica de fundo e das oscilações acústicas barionicas vieram corroborar os resultados das supernovas. Por isso se explica que o Prémio Nobel pela descoberta do Universo acelerado, só tenha chegado 13 anos depois da importante descoberta.

Há todavia um grupo de cientistas que defende que a constante cosmológica é de facto nula mas que a aceleração do Universo é conduzida por uma quantidade a que se dá o nome de “quintessência”. Esta espécie é um campo escalar, algo como o campo eléctrico mas mais simples ainda. Invés de a um ponto do espaço estarem associados três valores consoante a direcção como é o caso do campo eléctrico, ao campo escalar está associado apenas um numero. Esta é uma ideia simples e que prima pelo facto de as equações que descrevem o capo de quintessência serem em tudo semelhantes às equações que descrevem a trajectória e velocidade de um pára-quedista após saltar do avião. Tal como o pára-quedista chega ao solo sempre com a mesma velocidade independentemente da altitude a que abandonou o avião, a quintessência tem sempre o mesmo valor da energia hoje, independentemente do seu valor no início do Universo. Isto é muito importante e é a vantagem principal em relação à possibilidade da constante cosmológica que padece de um ajuste de energias ate hoje incompreensível do ponto de vista da física de partículas.

Uma outra possibilidade explorada para explicar a aceleração do Universo, é admitir que a relatividade de Einstein não esta completa. Considera-se que existe um numero de correcções que se traduzem numa teoria da gravitação nas escalas grandes que é manifestamente distinta daquela que experimentamos localmente.

Uma alternativa para a interpretação da aceleração do Universo é que nós vivemos no centro de uma região que é menos densa do que o Universo em larga escala (parecido a vivermos num dos buracos de um queijo Suíço em que o queijo é o Universo em larga escala) onde o fluxo de Hubble é 30% menor que a taxa global. De acordo com esta ideia, a aceleração do Universo é apenas um efeito aparente devido a curvatura do trajecto dos fotões. Infelizmente, para esta possibilidade ser compatível com as observações actuais, nos teríamos de viver extremamente próximo do centro dessa região menos densa, o que abriria uma nova questão tão difícil de explicar como o valor da constante cosmológica.

Há muitas outras ideias mais ou menos complexas para explicar a recente aceleração do Universo. Este é um dos tópicos da cosmologia que suscitou mais interesse na última década. Do ponto de vista observacional, existem vários projectos em curso ou em estudo para se fazerem medidas cada vez mais precisas de supernovas, da estrutura em larga escala (como a missão espacial Euclid), da radiação cósmica de fundo (Planck, CMBPol), com o fim de se compreender a natureza da “Energia Escura”. Este é um esforço internacional que reúne gentes com perícias distintas e complementares. Este é um dos momentos mais excitante para se estudar cosmologia. E vivendo na expectativa dos dados das próximas missões, este é o momento mais oportuno de contribuir e fazer parte desta grande quimera.