Sugestões de uma forma primordial da substância até então desconhecida poderiam explicar por que o cosmos agora parece estar se expandindo mais rápido do que a teoria prevê.
Os cosmologistas encontraram sinais de que um segundo tipo de energia escura – a substância onipresente, mas enigmática que está acelerando a expansão do Universo atual – pode ter existido nos primeiros 300.000 anos após o Big Bang.
Dois estudos separados – ambos postados no servidor de pré-impressão arXiv na semana passada – detectaram um primeiro vestígio dessa “energia escura inicial” em dados coletados entre 2013 e 2016 pelo Atacama Cosmology Telescope (ACT) no Chile. Se as descobertas forem confirmadas, elas podem ajudar a resolver um antigo enigma em torno dos dados sobre o Universo primitivo, que parecem ser incompatíveis com a taxa de expansão cósmica medida hoje. Mas os dados são preliminares e não mostram definitivamente se esta forma de energia escura realmente existiu.
“Há uma série de razões para tomar cuidado ao considerar isso uma descoberta de uma nova física”, diz Silvia Galli, cosmologista do Instituto de Astrofísica de Paris.
Os autores de ambos os pré-impressos – um postado pela equipe do ACT e o outro por um grupo independente – admitem que os dados ainda não são fortes o suficiente para detectar a energia escura inicial com alta confiança. Mas eles dizem que novas observações do ACT e de outro observatório, o Telescópio do Pólo Sul na Antártica, podem fornecer um teste mais rigoroso em breve. “Se isso realmente for verdade – se o Universo primitivo realmente apresentava a energia escura inicial – então devemos ver um sinal forte”, diz Colin Hill, coautor do artigo1 da equipe ACT que é cosmologista da Universidade de Columbia em Nova York Cidade.
Mapeando o CMB
Tanto o ACT quanto o Telescópio do Pólo Sul são projetados para mapear a radiação cósmica de fundo (CMB), radiação primordial às vezes descrita como o brilho residual do Big Bang. O CMB é um dos pilares da compreensão do Universo pelos cosmologistas. Ao mapear variações sutis no CMB pelo céu, os pesquisadores encontraram evidências convincentes para o “modelo padrão de cosmologia”. Este modelo descreve a evolução de um Universo contendo três ingredientes primários: energia escura; a igualmente misteriosa matéria escura, que é a principal causa da formação das galáxias; e matéria comum, que representa menos de 5% da massa e energia total do Universo.
Os mapas CMB de última geração foram fornecidos pela missão Planck da Agência Espacial Europeia, que esteve ativa entre 2009 e 2013. Cálculos baseados em dados do Planck prevêem – assumindo que o modelo padrão de cosmologia está correto – exatamente quão rápido o Universo deve estar se expandindo agora. Mas na última década, medições cada vez mais precisas dessa expansão, com base em observações de explosões de supernovas e outras técnicas, descobriram que ela é 5 a 10% mais rápida.
Os teóricos sugeriram uma infinidade de modificações no modelo padrão que poderiam explicar essa diferença. Dois anos atrás, o cosmologista Marc Kamionkowski da Universidade Johns Hopkins em Baltimore, Maryland, e seus colaboradores sugeriram um ingrediente extra para o modelo padrão4. Sua “energia escura inicial” – que tornava mais precisa uma ideia na qual eles e outras equipes vinham trabalhando há vários anos – seria uma espécie de fluido que permeou o Universo antes de definhar dentro de algumas centenas de milhares de anos após o Big Bang. “Não é um argumento convincente, mas é o único modelo que podemos fazer funcionar”, diz Kamionkowski.
A energia escura inicial não teria sido forte o suficiente para causar uma expansão acelerada, como a energia escura “comum” está fazendo atualmente. Mas isso teria feito com que o plasma que emergiu do Big Bang esfriasse mais rápido do que aconteceria de outra forma. Isso afetaria como os dados CMB deveriam ser interpretados – especialmente quando se trata de medições da idade do Universo e sua taxa de expansão, que são baseadas em quão longe as ondas sonoras foram capazes de viajar no plasma antes de se resfriar em gás. O Planck e observatórios semelhantes usam recursos que foram deixados no céu após essa transição para fazer esses cálculos.
Os dois estudos mais recentes descobriram que o mapa do ACT da polarização do CMB se encaixa melhor com um modelo que inclui a energia escura inicial do que com o padrão. Interpretar o CMB com base no modelo inicial de energia escura e nos dados do ACT significaria que o Universo tem agora 12,4 bilhões de anos, cerca de 11% mais jovem do que os 13,8 bilhões de anos calculados usando o modelo padrão, diz Hill. Correspondentemente, a expansão atual seria cerca de 5% mais rápida do que o modelo padrão prevê – mais próximo do que os astrônomos calculam hoje.
Inconsistências permanecem
Hill diz que antes era cético sobre a energia escura inicial e que as descobertas de sua equipe o surpreenderam. Vivian Poulin, astrofísica da Universidade de Montpellier, na França, e coautora do segundo estudo2 com base em dados do ACT, diz que foi reconfortante que a análise de sua equipe concordasse com a da própria equipe do ACT. “Os autores principais são pessoas muito, muito obstinadas e conservadoras, que realmente entendem os dados e as medições”, diz Kamionkowski.
Mas Galli avisa que os dados do ACT parecem inconsistentes com os cálculos da equipe do Planck, da qual ela fazia parte. E embora os dados de polarização do ACT possam favorecer a energia escura inicial, não está claro se seu outro conjunto principal de dados – seu mapa de temperaturas CMB – mostra essa preferência. Por essas razões, ela acrescenta, será crucial cruzar os resultados usando o Telescópio do Pólo Sul, um experimento do qual ela faz parte.
Wendy Freedman, astrônoma da Universidade de Chicago em Illinois que contribuiu para algumas das medições mais precisas da expansão cósmica, diz que os resultados baseados no ACT são interessantes, embora preliminares. “É importante buscar modelos diferentes” e compará-los com o padrão, diz ela.
Publicado em 18/09/2021 09h13
Artigo original:
Estudo original:
- https://doi.org/10.1038/d41586-021-02531-5
- https://arxiv.org/abs/2109.04451
- https://arxiv.org/abs/2109.06229