‘Energia Escura: O Destino do Universo em Jogo’

Há cerca de 25 anos vimos uma revolução em nosso conhecimento do Universo. Por meio de uma análise detalhada de certos tipos de supernovas, explosões gigantescas de estrelas que chegam ao fim de seu ciclo de vida, duas equipes científicas, que ganharam o Prêmio Nobel de Física de 2011, determinaram que o espaço está se expandindo em ritmo acelerado.

Essa foi uma das descobertas mais surpreendentes da história da ciência. Esperava-se que a expansão do Universo diminuísse como consequência da atração entre as galáxias, devido à força da gravidade. A expansão acelerada revelou que algo mais estava acontecendo.

Há uma entidade exótica, despercebida até então, que produz uma “gravidade repulsiva” e empurra as galáxias para longe cada vez mais rápido. É a energia escura.

A descoberta da energia escura lançou um poderoso programa internacional de pesquisa científica, que ainda está ativo, com o objetivo de determinar a composição do Universo. E os resultados que ele produziu são surpreendentes.

Sabemos que existe, mas não sabemos o que é

As melhores teorias atuais sobre a matéria, formuladas no Modelo Padrão da física de partículas, explicam apenas 5% do conteúdo do Universo. Os 95% restantes são compostos por duas entidades exóticas cuja natureza física permanece misteriosa e que não conseguimos produzir em laboratório. São elas a matéria escura (25% do conteúdo do Universo) e a energia escura (70%).

No último quarto de século, foi desenvolvido o Modelo Padrão de Cosmologia, a “versão moderna” da Teoria do Big Bang, conhecida como ΛCDM. Essa teoria explica todas as observações que foram feitas e considera a energia escura como a constante cosmológica (chamada de Λ – a letra grega lambda – pelos físicos).

O nome da teoria se refere a esses dois componentes dominantes do conteúdo do Universo: matéria escura (CDM, de Cold Dark Matter, “matéria escura fria”) e energia escura na forma da constante cosmológica (Λ).

Quantidade minúscula e grande mistério

A constante cosmológica seria a energia intrínseca do espaço vazio. Os resultados atuais indicam que essa energia é muito pequena, uma quantidade equivalente à massa de 3 prótons por metro cúbico de espaço. É por isso que ela não pôde ser detectada até 1998. Os instrumentos anteriores simplesmente não eram sensíveis a um valor tão pequeno. Apesar de ser minúsculo, ela é um dos grandes mistérios da ciência.

O Modelo Padrão da física de partículas não consegue explicar sua magnitude e ninguém sabe o motivo profundo dessa discrepância. Isso é conhecido como o problema da constante cosmológica. Para resolvê-lo, novas teorias físicas terão de ser desenvolvidas. É até possível que a energia escura seja algo ainda mais exótico.

Para tentar esclarecer esta questão, grandes projetos de observação cosmológica como o DESI, LSST e o Euclid estão em andamento e fornecerão dados novos e melhores nos próximos anos.

O destino do Universo

Qualquer que seja a natureza física da energia escura, ela domina o destino do Universo. O motivo é seu comportamento exótico. Todos os outros componentes diminuem em densidade à medida que o Universo se expande. Isso é de se esperar, pois há a mesma quantidade de matéria em um volume maior.

Entretanto, a energia escura é uma entidade tão estranha que sua densidade permanece constante (se for a constante cosmológica) ou quase constante (se for outra coisa) com a expansão. Portanto, a energia escura não diminui (ou diminui muito pouco) com o tempo. Desta forma, ela acaba dominando a densidade do Universo, e a dominará cada vez mais no futuro.

Morte térmica

Neste ponto, é importante observar que as previsões para o futuro de longo prazo do Universo devem ser tratadas com extrema cautela. É bem possível que sejam feitas novas descobertas que alterem significativamente elas. Mas com os dados atuais, que são compatíveis com o fato de a energia escura ser a constante cosmológica, o futuro do Universo é a chamada morte térmica.

O Universo se expandirá para sempre, cada vez mais rápido, tornando-se cada vez mais vazio. A expansão acelerada fará com que as galáxias escapem para além do horizonte cosmológico, até que só possamos observar nossa vizinhança cósmica e nada mais.

O passo a passo do Apocalipse

Em cerca de 5 bilhões de anos, o Sol terá usado todo o combustível em seu núcleo e se tornará uma estrela gigante vermelha. Algumas centenas de milhões de anos depois, ele entrará em colapso e se tornará uma anã branca, o remanescente de uma estrela de tamanho médio como o Sol. Nesse processo, ele evaporará os planetas internos do Sistema Solar, inclusive a Terra.

Aproximadamente na mesma época em que o Sol se tornar uma gigante vermelha, nossa galáxia colidirá com a galáxia vizinha de Andrômeda, formando uma única galáxia elíptica gigante. Nenhuma outra galáxia será visível no céu. Como consequência da expansão acelerada, elas terão desaparecido atrás do horizonte cosmológico.

A galáxia gigante formada após a fusão da Via Láctea com Andrômeda também desaparecerá gradualmente à medida que suas estrelas morrerem.

Depois de um tempo inconcebivelmente longo, todos os objetos desaparecerão, deixando apenas um “gás” diluído de fótons com energia muito pequena. Esse é o fim, a morte térmica da qual estávamos falando.

Tanto a matéria escura quanto a energia escura são entidades que ainda não conhecemos muito bem. Temos uma possível explicação da energia escura como a constante cosmológica (embora ainda seja possível que seja algo mais exótico), mas a natureza da matéria escura é completamente desconhecida. Portanto, essa descrição do futuro do Universo pode sofrer mudanças substanciais à medida que elucidamos suas propriedades físicas. É um caminho fascinante, que promete descobertas revolucionárias, e não podemos deixar de ficar de olhos abertos!

Este artigo foi republicado do The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.