Uma equipe internacional de astrônomos divulgou na quarta -feira as evidências mais convincentes até o momento de que a energia escura – um fenômeno misterioso que pressiona nosso universo a se expandir cada vez mais rápido – não é uma força constante da natureza, mas que diminui e flui pelo tempo cósmico.
A energia escura, sugere a nova medição, pode não renunciar ao nosso universo a um destino de ser rasgado em todas as escalas, desde grupos de galáxias até núcleos atômicos. Em vez disso, sua expansão pode diminuir, deixando o universo estável. Ou o Cosmos poderia até reverter o curso, eventualmente condenado a um colapso que os astrônomos chamam de grande crise.
Os resultados mais recentes reforçam um dica tentadora A partir de abril passado, que algo deu errado com o modelo padrão de cosmologia, a melhor teoria da história dos cientistas e a estrutura do universo. As medições, do ano passado e deste mês, vêm de uma colaboração que executa o instrumento espectroscópico de energia escura, ou DESI, em um telescópio no Kitt Peak National Observatory, no Arizona.
“É um pouco mais do que uma dica agora”, disse Michael Levi, cosmologista do Laboratório Nacional de Lawrence Berkeley e diretor de Desi. “Isso nos coloca em conflito com outras medidas”, acrescentou Levi. “A menos que a energia escura evoluir – então, garoto, todos os patos se alinham seguidos.”
O anúncio foi feito em uma reunião da Sociedade Física Americana em Anaheim, Califórnia, e acompanhada por um Conjunto de papéis descrevendo os resultados, que estão sendo enviados para revisão e publicação por pares na revista Physical Review D.
“É justo dizer que esse resultado, tomado pelo valor nominal, parece ser a maior dica que temos sobre a natureza da energia escura nos ~ 25 anos desde que a descobrimos”, Adam Riess, astrofísico da Universidade Johns Hopkins e do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore, que não estava envolvido na obra, mas compartilhou o compartilhado o Prêmio Nobel de 2011 em Física Para descobrir a Dark Energy, escreveu em um email.
Mas, mesmo quando as observações DESI desafiaram o modelo padrão de cosmologia, que prevê que a energia escura é constante ao longo do tempo, um resultado separado o reforçou. Na terça -feira, a equipe multinacional que administrou o Telescópio de Cosmologia Atacama no Chile lançado As imagens mais detalhadas já tiradas do universo infantil, quando tinham meros 380.000 anos. (Esse telescópio foi desativado em 2022.)
Deles relatórioainda não revisado por pares, parece confirmar que o modelo padrão estava operando como esperado no universo inicial. Um elemento nesse modelo, a constante de Hubble, descreve a rapidez com que o universo está se expandindo, mas nas últimas medidas de meio século da constante discordaram fortemente, uma inconsistência que hoje diminuiu para cerca de nove por cento. Os teóricos refletiram que talvez um surto adicional de energia escura no universo muito inicial, quando as condições estavam muito quentes para os átomos se formarem, poderiam resolver essa chamada tensão Hubble.
Os últimos resultados do Atacama parecem descartar essa idéia. Mas eles não dizem nada sobre se a natureza da energia escura pode ter evoluído mais tarde no tempo.
Ambos os relatórios evocaram elogios elogios de outros cosmologistas, que simultaneamente confessaram uma confusão cósmica sobre o que tudo isso significava.
“Eu não acho que muito se deixa em pé até boas idéias para o que pode explicar a tensão Hubble neste momento”, disse Wendy Freedman, cosmologista da Universidade de Chicago, que passou a vida medindo o universo e não esteve envolvido em nenhum dos estudos.
Michael Turner, um teórico da Universidade de Chicago, que também não estava envolvido nos estudos, disse: “A boa notícia é que não há rachaduras no ovo cósmico. A má notícia é, sem rachaduras no ovo cósmico”.
O Dr. Turner, que cunhou o termo “energia escura”, acrescentou que, se houve uma rachadura, “ainda não se abriu – ainda – para vermos claramente a próxima grande novidade na cosmologia”.
Os astrônomos geralmente comparam galáxias em um universo em expansão com passas em um bolo de cozimento. À medida que a massa aumenta, as passas são transportadas mais distantes. Quanto mais eles são um do outro, mais rápido eles se separam.
Em 1998, dois grupos de astrônomos mediram a expansão do universo estudando o brilho de um certo tipo de supernovaou estrela explodindo. Tais supernovas geram a mesma quantidade de luz, então parecem previsivelmente mais fracas a distâncias mais distantes. Se a expansão do universo estava desacelerando, como os cientistas acreditavam na época, a luz de explosões distantes deveria ter parecido um pouco mais brilhante do que o previsto.
Para sua surpresa, os dois grupos descobriram que as supernovas eram mais fracas do que o esperado. Em vez de desacelerar, a expansão do universo estava realmente acelerando.
Nenhuma energia conhecida pelos físicos pode impulsionar uma expansão acelerada; Sua força deve diminuir à medida que se espalha cada vez mais por um universo de balão. A menos que essa energia venha do próprio espaço.
Essa energia escura carregava todas as marcas de um fator de falsificação que Albert Einstein inseriu em sua teoria da gravidade em 1917 para explicar por que o universo não estava entrando em colapso sob seu próprio peso. O fator de Fudge, conhecido como constante cosmológico, representava um tipo de repulsão cósmica que equilibraria a gravidade e estabilizaria o universo – ou assim ele pensava. Em 1929, quando ficou claro que o universo estava se expandindo, Einstein abandonou a constante cosmológica, chamando -o de seu maior erro.
Mas era tarde demais. Uma característica da teoria quântica criada em 1955 prevê que o espaço vazio está espumando com energia que produziria uma força repulsiva, assim como o fator de fudge de Einstein. No último quarto de século, essa constante faz parte do modelo padrão de cosmologia. O modelo descreve um universo nascido há 13,8 bilhões de anos, em uma faísca colossal conhecida como Big Bang, e composta por 5 % de matéria atômica, 25 % de matéria escura e 70 % de energia escura. Mas o modelo falha em dizer o que realmente são matéria escura ou energia escura.
Se a Dark Energy realmente é a constante de Einstein, o modelo padrão pressagia um futuro sombrio: o universo continuará acelerando, para sempre, tornando -se mais sombrio e solitário. Galáxias distantes acabarão sendo muito longe para ver. Toda energia, vida e pensamento serão sugados do cosmos.
‘Algo para ir atrás’
Os astrônomos da equipe DESI estão tentando caracterizar a energia escura pesquisando galáxias em diferentes épocas do tempo cósmico. Pequenas irregularidades na disseminação da matéria em todo o universo primordial influenciaram as distâncias entre as galáxias hoje – distâncias que se expandiram, de maneira mensurável, junto com o universo.
Os dados usados para a mais recente medição DESI consistiram em um catálogo de quase 15 milhões de galáxias e outros objetos celestes. Sozinho, o conjunto de dados não sugere que algo seja errado com a compreensão teórica da energia escura. Mas, combinado com outras estratégias para medir a expansão do universo – por exemplo, estudar estrelas explosivas e a luz mais antiga do universo, emitiu cerca de cem mil anos após o big bang – os dados não se alinham mais com o que o modelo padrão prevê.
Enrique Paillas, pesquisador de pós -doutorado da Universidade do Arizona que anunciou publicamente a medição desi na quarta -feira, observou que os dados implicam que a aceleração cósmica impulsionada pela energia escura começou no início do tempo e atualmente é mais fraca, do que o que o modelo padrão prevê.
A discrepância entre dados e teoria é no máximo 4,2 sigma (nas unidades de incerteza preferidas pelos físicos), representando uma em 50.000 chances de que os resultados sejam um acaso. Mas a incompatibilidade ainda não está em cinco sigma (igual a um em 3,5 milhões de chances), o padrão rigoroso estabelecido pelos físicos para reivindicar uma descoberta.
Ainda assim, a desconexão é sedoramente sugestiva que algo no modelo cosmológico não seja bem compreendido. Os cientistas podem precisar revisar como interpretam a gravidade ou entendem a luz antiga do Big Bang. Os astrônomos desi pensam que o problema pode ser a natureza da energia escura.
“Se introduzirmos uma energia escura dinâmica, as peças do quebra-cabeça se encaixam melhor”, disse Mustapha Ishak-Boushaki, cosmologista da Universidade do Texas em Dallas, que ajudou a liderar a última análise DESI.
Will Percival, cosmologista da Universidade de Waterloo em Ontário e porta -voz da colaboração Desi, expressou emoção sobre o que está no horizonte. “Isso é realmente um pouco de tiro no braço para o campo”, disse ele. “Agora temos algo para ir atrás.”
Na década de 1950, os astrônomos alegaram que Apenas dois números foram necessários para explicar a cosmologia: um relacionado à rapidez com que o universo estava se expandindo e outro descrevendo sua desaceleração, ou quanto essa expansão estava desacelerando. As coisas mudaram na década de 1960, com a descoberta de que o universo estava banhado à luz do Big Bang, conhecido como fundo cósmico de microondas. A medição dessa radiação de fundo permitiu que os cientistas investigassem a física do universo inicial e a maneira como as galáxias posteriormente formaram e evoluíram. Como resultado, o modelo padrão de cosmologia agora requer seis parâmetros, incluindo a densidade de matéria comum e escura no universo.
À medida que a cosmologia se tornou mais precisa, surgiram tensões adicionais entre os valores previstos e medidos desses parâmetros, levando a uma profusão de extensões teóricas para o modelo padrão. Mas os resultados mais recentes do Telescópio de Cosmologia Atacama – os mapas mais claros até o momento do fundo cósmico de microondas – parecem bater a porta em muitas dessas extensões.
A DESI continuará coletando dados por pelo menos mais um ano. Outros telescópios, no solo e no espaço, estão traçando suas próprias visões do cosmos; Entre eles estão os Instalação transitória Zwicky em San Diego, o europeu Telescópio espacial Euclides e da NASA Missão Spherex lançada recentemente. No futuro, o Vera C. Rubin Observatório Começará a gravar um filme do céu noturno do Chile neste verão, e o Telescópio Espacial Romano da NASA deve ser lançado em 2027.
Cada um vai absorver a luz do céu, medindo peças do cosmos de diferentes perspectivas e contribuindo para uma compreensão mais ampla do universo como um todo. Todos servem como lembretes contínuos de que ovo difícil o universo é quebrar.
“Cada um desses conjuntos de dados vem com seus próprios pontos fortes”, disse Alexie Leauthaud, cosmologista da Universidade da Califórnia, Santa Cruz, e porta -voz da colaboração Desi. “O universo é complicado. E estamos tentando separar muitas coisas diferentes.”
