A teoria da relatividade geral de Einstein prediz a existência da energia escura – uma forma misteriosa de energia que permeia o espaço e acelera a expansão do Universo. Mas e se Einstein estivesse errado e não houvesse energia escura? O projeto GalaxyDance tem investigado esse cenário.
Por mais preciso que tenha sido até agora, a relatividade geral não é a única teoria que pode explicar a gravitação. De fato, existem várias teorias alternativas por aí. Os cientistas não estão certos de como podem resistir a observações e simulações.
Para preencher essa lacuna, o projeto GalaxyDance, realizado com o apoio do programa Marie Sk?odowska-Curie, vem utilizando informações codificadas em estatísticas de velocidade peculiares de galáxias no Universo Local, bem como distorções observadas no espaço de desvio para o vermelho (RSD) de galáxias distantes.
O Dr. Wojciech Hellwing, coordenador do projeto e pesquisador do Centro de Física Teórica da Academia Polonesa de Ciências, discute as descobertas do projeto até o momento.
O que torna a expansão do Universo tão difícil de compreender?
À medida que nos aprofundamos e aprofundamos em nossas observações do Universo, ainda estamos intrigados com algumas de suas propriedades. Uma delas é a expansão acelerada do espaço-tempo, que atualmente é atribuída à energia escura. Mas a verdade é que precisamos considerar a energia escura apenas se a teoria da gravidade de Einstein for válida em todas as escalas do cosmos.
Existem outras explicações possíveis para a expansão acelerada que não requerem energia escura. Essas teorias vão além da relatividade geral e são comumente chamadas de “gravidade modificada”. Testar a relatividade geral e essas alternativas na escala intergaláctica é uma questão premente e importante para a astronomia extragaláctica moderna, e era o propósito do GalaxyDance.
Você pode nos contar mais sobre sua abordagem?
O GalaxyDance introduz uma nova abordagem que consiste em usar estatísticas de baixa ordem de velocidades de galáxias e agrupamento para testar a teoria da gravidade de Einstein e suas contrapartes. Este teste abrange escalas intergalácticas, um regime em que a teoria da gravidade não foi rigorosamente testada até agora. Eu demonstrei que esta abordagem tem várias vantagens únicas: é independente do modelo da gravidade, livre de viés galáctico significativo e amplamente não afetado pela física bariônica.
Eu tenho usado simulações de computador de última geração que recriam um universo virtual em um supercomputador. Ao executar e analisar essas simulações, podemos testar teorias além de GR e delinear resultados promissores.
O que torna essa abordagem particularmente inovadora?
O uso de simulações de grandes supercomputadores era anteriormente impossível em modelos além do GR, devido à sua complexidade e custo numérico. Para mitigar esse problema, decidimos usar um algoritmo de aceleração que, às custas de alguma precisão, pode modelar a evolução do Universo com muito mais eficiência.
Demonstrei com sucesso que, no caso de velocidades cósmicas, tal abordagem aproximada é suficiente para obter resultados robustos.
Quais são os resultados mais importantes do projeto?
Sem dúvida, o novo conjunto de simulações de teorias alternativas de última geração que permitirão estudos sem precedentes de campos de velocidade cósmica.
Nós já demonstramos que as estatísticas de baixa ordem do campo de velocidade da galáxia devem conter um sinal forte de gravidade modificada. No entanto, também mostramos que, para medir e extrair este sinal, a modelagem dedicada e minuciosa do impacto de nossas estruturas cósmicas próximas, como o aglomerado de galáxias de Virgem, será de suma importância para o sucesso de nosso método.
O que você ainda espera conseguir antes do final do projeto?
Vamos implementar modelagem adicional dos processos que determinam cores, luminosidade e formas da galáxia. Isso permitirá a criação de catálogos de galáxias artificiais mostrando o que teria sido criado em um Universo governado por alternativas à teoria da gravidade de Einstein.
A partir daí, compararemos nossos resultados com as observações astronômicas existentes e futuras para fornecer novos testes rigorosos de gravidade nas maiores escalas.
Qual tem sido o feedback da comunidade científica até agora?
Muitos colegas expressaram interesse e até entusiasmo em relação aos nossos resultados quando os apresentamos em conferências cosmológicas internacionais. Além disso, iniciamos novas colaborações com colegas que possuem conhecimentos complementares em observações de galáxias (de Lyon, na França) e na modelagem de estruturas cósmicas próximas (colegas de Potsdam, na Alemanha). Estamos muito animados com isso.
O que você espera que seja o impacto de longo prazo do projeto? Como se prepara a comunidade científica para a era dos grandes dados cosmológicos?
O GalaxyDance fornecerá uma nova maneira de tornar realidade os testes cosmológicos das teorias gravitacionais. Os resultados finais, não importa qual teoria (energia escura ou gravidade modificada) eles favoreçam, terão conseqüências profundas e revolucionárias para nossa compreensão do Universo em grandes escalas.
Se nossos testes eventualmente fornecerem uma assinatura da nova física prevista em teorias além do GR, isso abalará nossa visão e entendimento atuais da evolução em grande escala do cosmos. Se, por outro lado, nossa investigação fortalecer a relatividade geral, isso significará que precisamos procurar mais arduamente para explicar o mistério da energia escura.
Publicado em 03/08/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-08-dark-energy-gravity-prevail.html
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