(Imagem: © University of Bonn / K. Migkas et al.)
Não sabemos o que está por trás da energia escura, o nome que damos à era atual de expansão acelerada do universo. Muitos teóricos favorecem algum tipo de campo quântico como condutor da energia escura, mas essas ideias são difíceis de conciliar com os insights da teoria das cordas.
Paul M. Sutter é astrofísico da SUNY Stony Brook e do Flatiron Institute, apresentador de Ask a Spaceman e Space Radio, e autor de How to Die in Space. Ele contribuiu com este artigo para Expert Voices: Opinions and Insights do Space.com.
Mas uma nova pesquisa propõe uma solução radical: e se houver mais de um agente cosmológico para a energia escura? Essa mistura teria efeitos estranhos em nosso universo, tornando-a potencialmente detectável em pesquisas futuras.
Na escuridão nós vamos
Não apenas vivemos em um universo em expansão – aprendemos isso há cerca de 100 anos, com as observações de Edwin Hubble de galáxias se afastando de nós – mas vivemos em um universo cuja expansão está se acelerando. Nos últimos 5 bilhões de anos, a taxa de expansão de nosso cosmos tem aumentado, acelerando o crescimento do universo a cada dia que passa.
Para dizer o mínimo, não temos ideia do que está causando essa expansão acelerada. Notamos isso pela primeira vez há cerca de 20 anos, quando estudamos supernovas distantes, e desde então uma infinidade de observações independentes (incluindo, mas não se limitando a: fundo de micro-ondas cósmico, oscilações acústicas bárions, vazios cósmicos e mais), todos confirmaram que a expansão acelerada é o verdadeiro negócio.
No lugar de uma explicação real, os cosmologistas, em vez disso, deram à expansão acelerada um apelido legal: energia escura. Mesmo que não saibamos o que é energia escura, ao longo dos anos os teóricos têm feito algumas tentativas débeis de explicá-la potencialmente (porque, obviamente, ela deve ter alguma fonte física, e explicar as fontes físicas de coisas que vemos na natureza é o nosso trabalho dos teóricos).
Uma das idéias mais atraentes flutuando por aí é que existe algum tipo de campo quântico que é responsável pela energia escura e mantém o pedal do metal cosmológico. Os campos quânticos são muito úteis – eles absorvem cada pedaço do espaço-tempo e são responsáveis por gerar as forças e partículas que compõem nossa existência cotidiana – e por isso não é tão louco imaginar que existe um novo campo quântico (um nunca antes conhecido por ciência) que tem as propriedades certas para desencadear uma expansão acelerada.
Drenando o pântano
Então, talvez a energia escura seja causada por algum campo quântico que absorve todo o espaço-tempo. Entendi, não é nada demais. Embora realmente pareça a) simples eb) atraente, existem algumas desvantagens nessa hipótese. Mas, para falar sobre as desvantagens, preciso falar sobre a teoria das cordas.
A teoria das cordas é uma tentativa de unir todas as forças da natureza sob um teto matemático – uma teoria de tudo. Na teoria das cordas, cada partícula e cada força são na verdade uma manifestação de minúsculas cordas vibrantes superduas. Mas, para explicar toda a riqueza e variedade do universo físico, essas cordas não podem apenas vibrar em três dimensões. Eles precisam de mais espaço. Para fazer a teoria das cordas funcionar, nosso universo precisa de algumas dimensões extras, todas minúsculas e enroladas em si mesmas, onde as cordas podem fazer seu trabalho e dar origem à física. Tudo isso acontece na mais ínfima das escalas, e é por isso que ainda não percebemos.
Uma das maiores dores de cabeça que a teoria das cordas enfrenta, e por que ela não é uma teoria completa da natureza, é que não temos ideia de como essas dimensões extras estão enroladas. Pode haver até 10 ^ 200 configurações possíveis, e cada configuração de dimensões curvadas fornece um novo conjunto de física. Uma vez que vivemos em apenas um universo com um conjunto de física, apenas uma dessas configurações pode ser a nossa. Mas qual deles?
Os teóricos das cordas fizeram algumas tentativas para separar o joio do trigo fibroso e, pelo menos, rejeitar algumas configurações potenciais das dimensões enroladas como Definitivamente Não Este Universo.
Um problema: à primeira vista, parece que os universos que permitem a energia escura causada por um campo quântico não são compatíveis com outras coisas que sabemos sobre a teoria das cordas. No jargão fibroso, a energia escura parece viver no “pântano”, as configurações possíveis de dimensões enroladas que simplesmente não funcionam.
Uma pitada extra de escuridão
Uma maneira de ver este enigma é apontar para a realidade da energia escura e dizer que a teoria das cordas está errada – afinal, se a teoria das cordas não pode prever um universo com energia escura, então provavelmente não é um bom ajuste como um teoria de tudo.
Ou talvez não estejamos pensando sobre a energia escura da maneira certa, como afirma um artigo recente publicado na revista pré-impressa arVix. Pode ser que não haja apenas um campo quântico responsável pela energia escura, mas vários trabalhando juntos em conjunto. Isso não é tão louco quanto pode parecer; pense em toda a complicada física necessária para amarrar os sapatos e lembre-se de que a natureza não tem a obrigação de ser simples e direta.
Ao permitir que vários campos quânticos gerem energia escura, pode ser possível que a teoria das cordas ainda seja relevante em nosso universo, já que esses modelos podem não estar presos no “pântano”.
Mas isso significa que temos que encontrar evidências de que há mais de um agente responsável pela energia escura.
Acontece que, nesses modelos de energia escura múltipla, é possível que a energia escura se acumule, o que significa que você pode viajar pelo universo e encontrar manchas de energia escura abaixo da média e acima da média. No total, em todo o cosmos, o efeito de grande escala ainda é o mesmo (ou seja, expansão acelerada), mas um excesso de energia escura aqui ou um déficit ali pode afetar como as maiores estruturas do universo, como aglomerados de galáxias e o grandes vazios cósmicos, crescem e evoluem.
Ainda não temos sensibilidade para medir essas diferenças, mas experimentos futuros como o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA podem fornecer alguns insights, ajudando-nos a determinar se realmente vivemos no pântano ou não.
Publicado em 07/01/2021 13h22
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