Nossa história cósmica é bastante direta, exceto quando se trata da origem das duas coisas mais abundantes nela.
Um dos mistérios mais intrigantes sobre o Universo é simplesmente, “onde está tudo?”
Tudo o que podemos ver, encontrar ou interagir é composto de partículas que entendemos principalmente como fótons, elétrons, quarks e glúons, entre outros.
No entanto, quando olhamos para o grande oceano cósmico ao nosso redor, descobrimos que tudo isso representa pouco menos de 5% do Universo; o resto é invisível. Chamamos os componentes ausentes de energia escura (68%) e matéria escura (27%), mas aqui está a coisa …
Nós realmente não sabemos o que eles são.
Existem, no entanto, algumas teorias permanentes baseadas no que sabemos sobre essas coisas. Mais do que isso, há muito que podemos dizer com certeza sobre essas energias elusivas, graças ao brilhante trabalho combinado de milhares de cientistas.
O que realmente sabemos?
Há muito que não sabemos sobre a matéria escura e a energia escura, mas existem muitas coisas que podemos definitivamente dizer sobre elas.
Observamos que a energia escura afeta a expansão do Universo, só se tornando proeminente e detectável cerca de 6 a 9 bilhões de anos atrás.
Parece ser o mesmo em todas as direções, pois tem uma densidade de energia constante ao longo do tempo e não se aglomera ou se aglomera com matéria, indicando que é uniforme em todo o espaço.
Quando olhamos como o Universo se expande, a energia escura é absolutamente necessária, com aproximadamente 68% da energia total do Universo atualmente existindo na forma de energia escura.
A matéria escura, por outro lado, mostrou seus efeitos em toda a história de 13,8 bilhões de anos de nosso Universo. A grande teia cósmica de estrutura, desde os primeiros tempos até os dias atuais, requer que a matéria escura exista em cerca de cinco vezes a abundância da matéria normal.
A matéria escura se aglomera e se aglomera, e seus efeitos podem ser vistos na formação dos primeiros quasares, galáxias e nuvens de gás.
Mesmo antes disso, os efeitos gravitacionais da matéria escura aparecem na primeira luz do universo: a radiação cósmica de fundo ou o brilho residual do Big Bang.
O padrão de imperfeições requer que o Universo seja feito de cerca de 27% de matéria escura, em comparação com apenas 5% de matéria normal. Sem ele, tudo o que observamos seria impossível de explicar.
Mas isso significa necessariamente que a matéria escura e a energia escura foram criadas no momento do Big Bang? Ou existem outras possibilidades?
O difícil sobre o Universo é que só podemos ver as partes dele que estão acessíveis a nós hoje. Quando um efeito é muito pequeno para ser visto – como quando outros efeitos são mais importantes – podemos apenas fazer inferências, não conclusões sólidas.
Onde estão os problemas com a energia escura:
Os efeitos muito pequenos para serem vistos tornam-se particularmente problemáticos para a energia escura. À medida que o Universo se expande, ele se dilui; o volume aumenta enquanto o número total de partículas dentro dele permanece o mesmo.
A densidade da matéria (normal e escura) diminui, mas a densidade da energia escura permanece constante.
Nosso Universo pode ser dominado pela energia escura hoje, mas este é um acontecimento relativamente recente. No passado, o Universo era menor e mais denso, o que significa que as densidades de matéria eram muito maiores.
Cerca de 6 bilhões de anos atrás, as densidades de matéria e energia escura eram iguais; cerca de 9 bilhões de anos atrás, a densidade da energia escura é baixa o suficiente para que seus efeitos na taxa de expansão do Universo não fossem perceptíveis.
Quanto mais extrapolamos no tempo (ou tamanho / escala do Universo), mais difícil se torna ver e medir os efeitos da energia escura.
Com o melhor de nossa capacidade, parece que a energia escura tem uma densidade de energia absolutamente constante.
Podemos usar os dados de que dispomos para restringir a equação de estado da energia escura, parametrizada por uma quantidade conhecida como w. Se a energia escura é exatamente uma constante cosmológica, então w = -1, exatamente, e não muda com o tempo.
Isso não significa necessariamente que a energia escura sempre existiu com uma densidade de energia constante, no entanto. Ele pode mudar com o tempo, desde que mude dentro de algumas restrições de observação.
Pode haver uma conexão entre a energia escura e a expansão inicial do Universo pré-Big Bang, conhecida como inflação cósmica, que é a ideia por trás dos campos de quintessência (um conceito tão complexo que não vamos tocá-lo com um mastro de 3 metros )
Ou a energia escura pode ser um efeito que não existia nos primeiros estágios do Universo e só se manifestou muito mais recentemente.
Não temos nenhuma evidência que fale de uma forma ou de outra sobre a presença ou ausência da energia escura durante os primeiros 4 bilhões de anos ou mais da história do Universo.
Temos boas razões para presumir que não mudou, mas não a certeza observacional para apoiá-lo. O que certamente levou mais do que apenas alguns astrofísicos à beira da insanidade?
A escura realidade da Dark Matter:
Ao contrário da energia escura, a matéria escura deve ter existido praticamente desde o início.
O padrão de flutuações que vemos na radiação de fundo é a primeira evidência que temos da matéria escura em nosso Universo, datando de aproximadamente 380.000 anos após o Big Bang.
O mais interessante é que já impressa nesse padrão de picos e vales está aquela proporção crítica de 5 para 1 com a matéria normal.
A matéria escura não só fornece as sementes da estrutura, o que faz com que mais e mais matéria escura caia nas regiões superdensas (e se perca nas regiões sub-densas), mas tem feito isso desde os primeiros estágios do Universo .
Isso não significa necessariamente, no entanto, que a matéria escura estava presente no instante do Big Bang.
A matéria escura poderia ter sido criada desde o momento em que a inflação acabou; poderia ter sido criado a partir de interações de alta energia que ocorreram imediatamente depois; poderia até ter surgido de partículas nas escalas de energia da Grande Teoria da Unificação algum tempo depois.
Nós simplesmente não sabemos.
Sem saber exatamente o que é a matéria escura – incluindo se é ou não uma partícula – não podemos dizer com certeza exatamente quando ela pode ter surgido.
Mas a partir das medidas da estrutura em grande escala do Universo, incluindo as assinaturas impressas na imagem mais antiga de todas, podemos estar absolutamente certos de que a matéria escura surgiu nos estágios iniciais do Big Bang, e possivelmente no início de tudo.
A energia escura pode ter existido o tempo todo ou pode ter surgido muito mais tarde. O último parece muito mais provável, pois há uma exploração substancial da ideia de que somente quando a estrutura complexa se forma, a energia escura surge e se torna importante no Universo.
Espere – nós realmente sabemos alguma coisa?
O grande desafio para a cosmologia moderna é descobrir a natureza desses componentes ausentes do Universo. Se pudermos fazer exatamente isso, começaremos a entender quando e como a matéria escura e a energia escura surgiram.
O que podemos dizer com certeza é que, nos estágios iniciais, a radiação era o componente dominante do Universo, com pequenas quantidades de matéria normal sempre presentes.
A matéria escura pode ter surgido bem no início, ou pode ter surgido um pouco mais tarde, mas ainda muito cedo. Atualmente, acredita-se que a energia escura sempre esteve lá, mas só se tornou importante e detectável quando o Universo já tinha bilhões de anos.
Determinar o resto é uma tarefa para nosso futuro científico.
Publicado em 14/11/2021 20h11
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