Um estudo desafiou as evidências da misteriosa força antigravitacional conhecida como energia escura. Então os cosmologistas reagiram.
A energia escura, por mais misteriosa que pareça, tornou-se parte dos móveis da cosmologia. A evidência de que essa energia repulsiva infunde espaço se acumulou desde 1998. Esse foi o ano em que os astrônomos descobriram pela primeira vez que a expansão do universo estava se acelerando ao longo do tempo, com a energia escura atuando como acelerador. À medida que o espaço se expande, um novo espaço surge e, com ele, mais dessa energia repulsiva, fazendo com que o espaço se expanda ainda mais rapidamente.
Duas décadas depois, várias medições independentes concordam que a energia escura compreende cerca de 70% do conteúdo do universo. Está tão presente em nossa compreensão atual do cosmos que foi uma surpresa quando um artigo recente publicado na revista Astronomy & Astrophysics questionou se ela realmente está lá.
Os quatro autores, incluindo o físico de Oxford Subir Sarkar, realizaram sua própria análise de dados de centenas de supernovas – as explosões estelares que forneceram a primeira evidência de aceleração cósmica, uma descoberta que levou três astrônomos ao Prêmio Nobel de Física 2011. Quando Sarkar e seus colegas observaram as supernovas, eles não viram um universo que está se acelerando uniformemente em todas as direções devido à energia escura. Em vez disso, eles dizem que as supernovas têm a mesma aparência porque nossa região do cosmos está acelerando em uma direção específica – aproximadamente em direção à constelação Centaurus no céu do sul.
Especialistas externos começaram quase imediatamente a separar o jornal, encontrando falhas aparentes em sua metodologia. Agora, dois cosmologistas formalizaram esses argumentos e outros em um artigo publicado on-line em 6 de dezembro e submetido ao The Astrophysical Journal. Os autores, David Rubin e sua aluna Jessica Heitlauf, da Universidade do Havaí, Manoa, detalham quatro principais problemas com Sarkar e o tratamento de dados da empresa. “A expansão do universo está acelerando?”, Pergunta o título do artigo. “Todos os sinais ainda apontam para sim.”
Pesquisadores externos elogiaram a dissecação completa. “Os argumentos de Rubin são muito convincentes ”, disse Dragan Huterer, cosmologista da Universidade de Michigan. “Alguns deles eu estava ciente ao olhar para o [artigo original de Astronomia e Astrofísica], e outros são novos para mim, mas fazem muito sentido.”
No entanto, Sarkar e seus co-autores – Jacques Colin e Roya Mohayaee, do Instituto de Astrofísica de Paris e Mohamed Rameez, da Universidade de Copenhague – não concordam com as críticas. Dias após a publicação do artigo de Rubin e Heitlauf, eles postaram uma refutação da refutação.
A comunidade da cosmologia permanece imóvel. Huterer disse que essa resposta mais recente às vezes “erra o alvo” e tenta debater princípios estatísticos que “não são negociáveis”. Dan Scolnic, cosmologista de supernovas da Universidade Duke, reafirmou que “a evidência de energia escura apenas das supernovas é significativa e segura”.
Um tiro em movimento
A expansão do espaço estende a luz, avermelhando sua cor. As supernovas parecem mais “deslocadas para o vermelho” quanto mais distantes estão, porque sua luz precisa viajar mais longe através da expansão do espaço. Se o espaço se expandisse a uma taxa constante, o desvio para o vermelho de uma supernova seria diretamente proporcional à sua distância e, portanto, ao seu brilho.
Mas em um universo acelerado e cheio de energia escura, o espaço se expandiu menos rapidamente no passado do que agora. Isso significa que a luz de uma supernova terá se estendido menos durante sua longa jornada para a Terra, dado o espaço lentamente expandido durante grande parte do tempo. Uma supernova localizada a uma determinada distância (indicada pelo brilho) parecerá significativamente menos deslocada para vermelho do que em um universo sem energia escura. De fato, os pesquisadores descobriram que o desvio para o vermelho e o brilho das supernovas são dimensionados exatamente dessa maneira.
Em seu artigo recente, Sarkar e colaboradores adotaram uma abordagem não convencional da análise. Normalmente, qualquer estudo de dados de supernova deve explicar o movimento da Terra: como a Terra orbita o sol, que orbita a galáxia, que orbita o grupo local de galáxias, nós e nossos telescópios percorremos o espaço a cerca de 600 quilômetros por segundo. Nosso movimento líquido é em direção a uma região densa perto de Centaurus. Consequentemente, a luz proveniente dessa direção está sujeita ao deslocamento Doppler, o que a torna mais azul do que a luz do lado oposto do céu.
É padrão corrigir esse movimento e transformar dados de supernova em um quadro de referência estacionário. Mas Sarkar e companhia não. “Se você não subtrair esse [movimento], ele coloca o mesmo deslocamento Doppler nos dados da supernova”, explicou Rubin em uma entrevista. “Nossa afirmação é que a maior parte do efeito é devido ao movimento do sistema solar”.
Outro problema com o artigo, de acordo com Rubin e Heitlauf, é que Sarkar e colegas fizeram uma “suposição claramente incorreta”: eles falharam em explicar o fato de que a poeira cósmica absorve mais luz azul do que vermelha.
Por causa disso, uma supernova em uma região relativamente “limpa” e livre de poeira parece especialmente azul, pois há menos poeira que absorveria sua luz azul. A falta de poeira também significa que parecerá mais brilhante. Assim, as supernovas distantes que vemos com nossos telescópios são desproporcionalmente azuis e brilhantes. Se você não controlar o efeito dependente de cor da poeira, deduzirá menos diferença entre o brilho das supernovas próximas (em média, mais poeira e mais vermelhas) e supernovas distantes (em média, mais azuis e brilhantes) – e, como resultado , você deduzirá menos aceleração cósmica.
A combinação dessas e de outras decisões incomuns permitiu ao grupo de Sarkar modelar seus dados de supernova com um termo “dipolo”, uma aceleração que aponta em uma única direção, e apenas um termo pequeno, ou possivelmente zero, “monopolo” descrevendo o tipo de uniforme aceleração que significa energia escura.
Esse modelo dipolo tem outros dois problemas, disseram Rubin e Heitlauf. Primeiro, o modelo inclui um termo que diz com que rapidez a aceleração dipolar cai para zero quando você se afasta da Terra; Sarkar e companhia reduziram essa distância, o que significa que o modelo não é testado por uma grande amostra de supernovas. E segundo, o modelo não satisfaz uma verificação de consistência envolvendo a relação entre os termos dipolo e monopolo nas equações.
Nem todos iguais
No dia em que o artigo de Rubin e Heitlauf apareceu, Sarkar disse por e-mail: “Não achamos que sejam necessárias revisões em nossa análise”. Ele e sua equipe logo publicaram sua refutação dos quatro pontos da dupla, principalmente revisando justificativas anteriores. Eles citaram a pesquisa de Natallia Karpenka, uma cosmóloga que deixou a academia para uma carreira em finanças, para apoiar uma de suas escolhas, mas interpretaram mal o trabalho dela, disse Rubin. Quatro outros cosmólogos contatados disseram que a resposta do grupo não muda de opinião.
Aqueles que acham difícil acompanhar a análise de dados devem observar que os dados das supernovas correspondem a outras evidências de aceleração cósmica. Ao longo dos anos, a energia escura foi inferida a partir da luz antiga chamada fundo cósmico de microondas, flutuações na densidade do universo chamada oscilações acústicas bariônicas, as formas gravitacionalmente distorcidas das galáxias e o agrupamento de matéria no universo.
Sarkar e colegas fundamentam seu trabalho em um corpo respeitável de pesquisa sobre o “problema de ajuste cosmológico”. Cálculos de parâmetros cosmológicos como a densidade da energia escura (que é representada nas equações de gravidade de Albert Einstein pela letra grega lambda) tendem a tratar o universo como suave, calculando a média das não homogeneidades do universo, como suas galáxias e vazios. O problema de ajuste pergunta se essa aproximação pode levar a inferências incorretas sobre os valores de constantes como lambda ou se pode até sugerir a presença de uma lambda que não existe.
Mas as pesquisas mais recentes sobre a questão – incluindo uma grande simulação cosmológica publicada neste verão – rejeitam essa possibilidade. As heterogeneidades “podem mudar o lambda em 1 ou 2%”, disse Ruth Durrer, da Universidade de Genebra, coautora do artigo, “mas não conseguiu se livrar dele. É simplesmente impossível. “
Publicado em 18/12/2019
Artigo original:
Artigo questionando a energia escura:
Os estudos no ArXiv:
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