A aceleração observada da taxa de expansão do Hubble foi atribuída a uma misteriosa “energia escura”, que supostamente compõe cerca de 70% do universo. O professor Subir Sarkar, do Centro Rudolf Peierls de Física Teórica, Oxford, juntamente com colaboradores do Institut d’Astrophysique, Paris e Niels Bohr Institute, Copenhague, usaram observações de 740 supernovas tipo Ia para mostrar que essa aceleração é um efeito relativamente local – é direcionado na direção em que parecemos nos mover em relação ao fundo cósmico de microondas (que exibe uma anisotropia dipolar semelhante). Embora a razão física para essa aceleração seja desconhecida, ela não pode ser atribuída à energia escura, que teria causado igual aceleração em todas as direções.
O professor Sarkar explica: “O modelo padrão cosmológico repousa na suposição de que o Universo é isotrópico para todos os observadores. Esse princípio cosmológico é uma extensão do princípio copernicano – a saber, que não somos observadores privilegiados. Oferece uma grande simplificação na construção matemática. do modelo cosmológico usando a teoria da relatividade geral de Einstein. No entanto, quando os dados observacionais são interpretados nessa estrutura, somos levados à conclusão surpreendente de que cerca de 70% do universo é constituído pela Constante Cosmológica de Einstein ou, mais geralmente, “energia escura”. Isso foi interpretado como devido a flutuações quânticas do ponto zero, mas a escala de energia associada é definida por H0, a atual taxa de expansão do universo, porém é um fator 1044 abaixo da escala de energia do modelo padrão da física de partículas – a bem estabelecida teoria quântica de campos que descreve com precisão todos os fenômenos subatômicos. Portanto, as flutuações têm uma enorme densidade de energia, o que teria impedido que o universo atingisse sua idade e tamanho atuais se realmente influenciassem a taxa de expansão via gravidade. A esse problema cosmológico constante deve ser adicionado o “por que agora?” problema, ou seja, por que a energia escura passou a dominar o universo apenas recentemente? Era insignificante em épocas anteriores, em particular com uma idade de ~ 400.000 anos, quando o plasma primordial esfriou o suficiente para formar átomos e a radiação cósmica de fundo do microondas (CMB) foi liberada (portanto, o CMB não é diretamente sensível à energia escura) “.
É nesse contexto que ele, junto com Jacques Colin e Roya Mohayaee (Institut d’Astrophysique, Paris) e Mohamed Rameez (Instituto Niels Bohr, Copenhague), se propuseram a examinar se a energia escura realmente existe. A evidência principal – recompensada com o prêmio Nobel de 2011 em física – diz respeito à “descoberta da expansão acelerada do universo através de observações de supernovas distantes” em 1998 por duas equipes de astrônomos. Isso foi baseado em observações de cerca de 60 supernovas tipo Ia, mas, enquanto isso, a amostra havia crescido e, em 2014, os dados foram disponibilizados para 740 objetos espalhados pelo céu (catálogo Joint Lightcurve Analysis).
Os pesquisadores procuraram verificar se a aceleração inferida da taxa de expansão do Hubble era uniforme no céu.
“Primeiro, calculamos os desvios para o vermelho da supernova e as magnitudes aparentes medidas (no sistema heliocêntrico), desfazendo as correções feitas no catálogo da JLA para velocidades locais ‘peculiares’ (não-Hubble). Isso foi feito para determinar seus valores no quadro CMB no qual o universo deveria parecer isotrópico – no entanto, trabalhos anteriores de nossa equipe mostraram que tais correções são suspeitas porque velocidades peculiares não caem com o aumento da distância, portanto, não há convergência para o quadro CMB, mesmo que em um bilhão de anos-luz “, diz o professor Sarkar.
Energia escura
“Quando empregamos a estatística padrão do estimador de probabilidade máxima para extrair valores de parâmetros, fizemos uma descoberta surpreendente. Os dados da supernova indicam, com uma significância estatística de 3,9?, uma anisotropia dipolar na aceleração inferida (veja a figura) na mesma direção. como estamos nos movendo localmente, o que é indicado por um dipolo similar e bem conhecido no CMB. Por outro lado, qualquer aceleração isotrópica (monopolo) que pode ser atribuída à energia escura é 50 vezes menor e consistente com zero a 1,4? Pelo critério da informação bayesiana, o melhor ajuste aos dados não possui, de fato, nenhum componente isotrópico, mostrando que permitir a evolução com desvio para o vermelho dos parâmetros usados ??para ajustar as curvas de luz da supernova não altera a conclusão – refutando assim as críticas anteriores. do nosso método.
“Nossa análise é baseada em dados, mas apóia a proposta teórica devida a Christos Tsagas (Universidade de Thessaloniki) de que a aceleração pode ser inferida quando não somos observadores copernicanos, como normalmente se supõe, mas estão embutidos em um fluxo a granel local compartilhado por galáxias próximas. como é de fato observado. Isso é inesperado no modelo cosmológico padrão, e a razão desse fluxo permanece inexplicável. Mas independentemente disso, parece que a aceleração é um artefato do nosso fluxo local, portanto a energia escura não pode ser invocado como sua causa.
“Existem, de fato, outras sondas da nossa história de expansão, por exemplo, a impressão de oscilações acústicas bariônicas (BAO) na distribuição de galáxias, as idades das estrelas mais antigas, a taxa de crescimento da estrutura, etc., mas esses dados são ainda muito escassa e, atualmente, igualmente bem consistente com um universo não acelerado.As flutuações de temperatura medidas com precisão no CMB não são diretamente sensíveis à energia escura, embora sua presença seja normalmente inferida pela regra da soma que enquanto o CMB mede a curvatura espacial do universo estar próximo de zero, seu conteúdo de matéria não aumenta a densidade crítica para fazê-lo. Isso é, no entanto, verdadeiro apenas sob as premissas de exata homogeneidade e isotropia – que agora estão em questão “.
O professor Sarkar conclui: “Mas progresso será feito em breve. O Grande Telescópio Sinóptico de Pesquisa medirá muito mais supernovas e confirmará ou descartará um dipolo no parâmetro de desaceleração. O instrumento espectroscópico de energia escura e o satélite Euclid medem o BAO e as lentes com precisão. O Telescópio Extremamente Grande da Europa medirá o ‘desvio para o vermelho’ de fontes distantes ao longo de um período de tempo e, assim, fará uma medição direta da história de expansão do universo “.
Publicado em 29/11/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-11-evidence-anisotropy-cosmic.html
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