O cosmos está começando a ficar um pouco estranho. Há alguns anos, os cosmologistas têm se preocupado com uma discrepância na velocidade de expansão do universo. Eles sabem o quão rápido deveria estar, com base na luz antiga do universo primitivo, mas aparentemente o universo moderno ganhou velocidade demais – uma pista de que os cientistas podem ter esquecido um dos ingredientes fundamentais do universo, ou algum aspecto de como esses ingredientes mexa bem.
Agora, uma segunda rachadura no chamado modelo padrão de cosmologia pode estar se formando. No final de julho, os cientistas anunciaram que o universo moderno também parece inesperadamente fino. Galáxias, gás e outras matérias não se aglutinaram tanto quanto deveriam. Alguns estudos anteriores ofereceram dicas semelhantes, mas esta nova análise de sete anos de dados representa a indicação independente mais limpa da anomalia até então.
“Se estivéssemos realizando conferências”, disse Michael Hudson, cosmólogo da Universidade de Waterloo, no Canadá, que não está envolvido na pesquisa, “toda a conversa sobre café seria sobre esses resultados”.
Como a maioria das medições da estrutura em grande escala do universo atual, o estudo está repleto de dificuldades técnicas. Também é possível, embora improvável, que os resultados sejam devidos ao acaso. No entanto, alguns pesquisadores se perguntam se a tendência de medições cada vez mais funky pode prenunciar a descoberta de um novo agente cósmico.
“Já temos matéria escura e energia escura”, disse Hudson. “Espero que não precisemos de outra coisa negra.”
Outro conjunto de campainhas de alarme
A parte difícil de estudar o universo moderno é que ele é quase invisível. Os astrônomos vislumbram o quadro geral nos lugares onde as galáxias se reúnem em aglomerados brilhantes. Mas eles permanecem amplamente incapazes de perceber os fios turvos de gás que entrelaçam esses nós em uma vasta teia cósmica. Pior, a maioria acredita que essas galáxias e rastros de gás são pouco mais do que enfeites decorativos em uma estrutura robusta de “matéria escura” invisível que compõe a maior parte da massa do universo.
A nova pesquisa é a implementação mais refinada de uma técnica para revelar o invisível. À medida que a luz de uma galáxia distante chega à Terra, ela passa por fibras de matéria escura e nuvens escuras de gás. Esses pontos grossos atraem a luz gravitacionalmente, criando dobras em seu caminho. No momento em que a luz da galáxia distante atinge um telescópio terrestre, ela é sutilmente distorcida – talvez comprimida em uma elipse exagerada. Os astrônomos então tentam mapear a matéria escura invisível medindo as distorções estatísticas nas formas de um grande número de galáxias distantes em uma vasta faixa de céu.
Na nova pesquisa, os membros do Kilo-Degree Survey, ou KiDS, observaram cerca de 31 milhões de galáxias de até 10 bilhões de anos-luz de distância. Eles então usaram essas observações para calcular as distribuições médias do gás escondido e da matéria escura do universo. Eles encontraram aglomerados que são quase 10% mais finos do que a previsão do modelo cosmológico estabelecido, conhecido como matéria escura fria Lambda, ou ΛCDM.
Estatisticamente, a diferença é tal que as chances de dados adicionais serem eliminados são de aproximadamente 1 em 1.400 – muito aquém do padrão rigoroso do campo de 1 em 1,7 milhão, mas substancial o suficiente para virar cabeças. “Essa tensão está agora em um nível que é pelo menos intrigante ou tentador”, disse Marika Asgari, cosmologista da Universidade de Edimburgo e membro do KiDS.
Além do mais, outras medições independentes apóiam a descoberta de que o universo contemporâneo parece muito fino. “Este é outro conjunto de campainhas de alarme”, disse Hudson.
Hudson tentou decifrar o universo oculto observando como as galáxias se movem em correntes cósmicas. Se a matéria fosse perfeitamente distribuída em uma névoa fina, a expansão do universo separaria todos os objetos suavemente em um movimento de deriva conhecido como fluxo de Hubble. Mas o universo está repleto de vazios vazios e superaglomerados ricos em matéria escura. A atração gravitacional dos superaglomerados atrai as galáxias para mais perto, enquanto os vazios as permitem voar livremente. Medindo as “velocidades peculiares” das supernovas – o quanto elas se desviam de seu fluxo local de Hubble – Hudson e seus colaboradores criam seus próprios mapas da massa oculta do cosmos.
Sua primeira dica de que o universo não aglutinou o suficiente veio em 2015, e os mapas de velocidade peculiares subsequentes apresentaram a mesma suavidade preocupante. Hudson e seus colaboradores publicaram um trabalho em julho, inferindo uma falta anômala de aglutinação quase tão forte quanto o que KiDS descobriu.
Além disso, nos últimos oito anos, pelo menos uma dúzia de pesquisas usando técnicas diferentes encontraram um universo atual pelo menos um pouco fino demais. Cada estudo tem pouca significância por si só, mas alguns cosmologistas estão começando a suspeitar que todas as medições caem abaixo da previsão teórica, em vez de se espalharem uniformemente ao redor dela.
“Quando você começa a ver a mesma coisa em um monte de conjuntos de dados diferentes”, disse Hudson, “você acha que isso está realmente lhe dizendo algo”.
Anomalias contraditórias
Se esta é uma mensagem do universo, seu significado permanece obscuro. O modelo padrão da cosmologia se ajusta às observações tão perfeitamente que os teóricos não podem simplesmente adicionar novas peças à toa. As medições mais precisas do universo primitivo vêm da colaboração do Planck, que publicou seus resultados finais em 2018. “É difícil inventar algo novo que não destrua o Planck”, disse Daniel Scolnic, cosmologista da Duke University que estuda taxas de expansão.
Mas a camisa de força de Planck tem algumas fivelas soltas, com as quais os teóricos mexeram há anos, em busca de uma maneira de explicar a expansão inesperadamente rápida.
Eles agora procuram realizar duas tarefas contraditórias. Para resolver o problema original do universo em expansão, eles precisam de um fenômeno que dê ao universo um impulso extra para fora. Mas para resolver a nova anomalia, eles precisam enfraquecer a influência gravitacional que faz o universo se aglomerar. Quando você coloca os dois problemas juntos, disse Julien Lesgourgues, um cosmólogo teórico da RWTH Aachen University na Alemanha e membro da colaboração de Planck, “torna-se um pesadelo encontrar uma explicação para ambos”.
Por exemplo, para impulsionar a expansão, alguns teóricos tentaram adicionar “radiação escura” ao universo primitivo. Mas eles têm que equilibrar essa radiação extra com matéria adicional, o que teria engrossado o universo. Então, para terminar com o universo que vemos, eles têm que inventar interações adicionais entre os vários ingredientes escuros para obter a magreza desejada.
Outra possibilidade é que a matéria escura, que agrupa o universo, se transforme em energia escura, que o separa. Ou talvez a Terra esteja em um vasto vazio, distorcendo nossas observações. Ou as duas anomalias podem não estar relacionadas. “Não vi nada convincente”, disse Hudson, “mas se eu fosse um teórico, ficaria muito animado agora.”
Uma ou ambas as tensões ainda podem se dissipar com mais dados. KiDS é uma das três pesquisas de lentes gravitacionais fracas atualmente em andamento, junto com a Pesquisa Internacional de Energia Escura no Chile e a Hyper Suprime-Cam do Japão no telescópio Subaru no Havaí. Cada um examina diferentes regiões do céu, em diferentes profundidades. Os resultados da última campanha do Dark Energy Survey, que cobriu uma área do céu cinco vezes maior do que a do KiDS, serão divulgados nos próximos meses. “Todo mundo está meio que esperando por isso”, disse Scolnic. “Essa é a próxima grande novidade na cosmologia.”
Michael Troxel, da Duke University, que realiza trabalhos de lentes gravitacionais fracas para o Dark Energy Survey, elogiou a equipe do KiDS por levar a técnica a novos patamares de precisão e por cobrir uma área de céu sem precedentes. Mas ele também enfatizou que uma montanha de desafios técnicos torna difícil a leitura muito profunda de uma medição. A uma distância de bilhões de anos-luz, as galáxias aparecem como meros pixels, complicando a análise de suas formas. Os pesquisadores também precisam saber a que distância está cada galáxia, e o tratamento que dão às incertezas que acompanham essas distâncias pode amenizar ou exagerar a tensão.
“Eu não colocaria dinheiro ainda onde o valor final estará”, disse Troxel.
Publicado em 09/09/2020 13h48
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