O que é Energia Escura? Não sabemos mas estamos tentando descobrir

Com informações da NASA - 08/03/2024

Esta é a história do Universo, de acordo com nossa compreensão atual.
[Imagem: NASA]

Conceito hipotético

A energia escura tem sido descrita pelos cientistas como um "algo", que não sabemos o que é, que tem o efeito de uma pressão negativa, que empurra o espaço para fora, fazendo-o expandir-se.

É um conceito puramente hipotético - ou especulativo, como dizem seus críticos - que foi idealizado depois que se descobriu que o Universo tem-se expandido desde o seu nascimento, o que foi constatado pelo astrônomo belga Georges Lemaitre em 1927, e confirmado por Edwin Hubble em 1929.

Apesar dos inúmeros esforços, não sabemos sequer se a energia escura tem o efeito de algum tipo de força. Existem muitas ideias circulando sobre o que poderia ser a energia escura. Aqui estão quatro explicações com maior popularidade entre os cientistas.

Mas tenha em mente que é possível que a energia escura seja algo totalmente diferente - na verdade, existem várias propostas para que a hipótese da energia escura seja simplesmente descartada.

Há uma conexão entre o conceito de energia negativa e a possibilidade de extrair energia do vácuo quântico -, mas você terá que "pagá-la" de volta.
[Imagem: TU Wien]

Energia do Vácuo

Alguns cientistas pensam que a energia escura é uma energia de fundo fundamental e sempre presente no espaço, conhecida como energia do vácuo, que poderia ser igual à constante cosmológica, um termo matemático nas equações da Teoria da Relatividade Geral de Einstein. Originalmente, a constante existia para contrabalançar a gravidade, resultando em um universo estático. Mas, quando Lemaitre e Hubble descobriram que o Universo estava em expansão, Einstein removeu a constante, chamando-a de "minha maior mancada", segundo o físico George Gamow.

Mas, quando muito mais tarde se descobriu que a expansão do Universo estava na verdade se acelerando, alguns cientistas sugeriram que poderia na verdade haver um valor diferente de zero para a constante cosmológica anteriormente desacreditada. Eles sugeriram que essa força adicional seria necessária para acelerar a expansão do Universo. Isto levou à teoria de que este componente misterioso poderia ser atribuído a algo chamado "energia do vácuo", que é uma energia de base teórica que permeia todo o espaço.

O espaço nunca está exatamente vazio. De acordo com a teoria quântica de campos, existem partículas virtuais, ou pares de partículas e antipartículas. Acredita-se que essas partículas virtuais se cancelam quase tão logo vêm à existência, e que este ato de aparecer e desaparecer da existência poderia ser possível graças à energia do vácuo, que preencheria o cosmos e empurraria o espaço para fora.

Embora esta teoria tenha sido um tópico popular de discussão, os cientistas que investigam esta opção calcularam quanta energia do vácuo deveria teoricamente haver no espaço: Eles mostraram que deveria haver tanta energia de vácuo que, logo no início, o Universo teria se expandido tão rapidamente e com tanta força que nenhuma estrela ou galáxia poderia ter se formado, ou seja, não deveria existir absolutamente nada. Isto significa que a quantidade de energia do vácuo no cosmos deve ser muito menor do que nestas previsões. No entanto, esta discrepância ainda não foi resolvida e até ganhou o apelido de "o problema da constante cosmológica".

Alguns cientistas acreditam já ter detectado o quinto elemento, ou quintessência.
[Imagem: Y. Minami/KEK]

Quintessência

Alguns cientistas acreditam que a energia escura pode ser um tipo de fluido ou campo de energia que preenche o espaço, comporta-se de forma oposta à matéria normal e pode variar na sua quantidade e distribuição ao longo do tempo e do espaço. Esta versão hipotética da energia escura foi apelidada de quintessência, em homenagem ao quinto elemento teórico discutido pelos antigos filósofos gregos.

Alguns cientistas até sugeriram que a quintessência poderia ser alguma combinação de energia escura e matéria escura, embora as duas sejam atualmente consideradas completamente separadas uma da outra.

Rugas espaciais

Alguns cientistas pensam que a energia escura pode ser uma espécie de defeito na estrutura do próprio Universo.

Esses defeitos seriam como cordas cósmicas, que são hipotéticas "rugas" unidimensionais que se acredita terem-se formado no universo primitivo.

Uma teoria alternativa à matéria escura tem passado em todos os testes.
[Imagem: WMAP Science Team/NASA]

Uma falha na Relatividade Geral

Alguns cientistas pensam que a energia escura não é algo físico que possamos descobrir. Em vez disso, eles acham que poderia haver um problema com a Relatividade Geral e a teoria da gravidade de Einstein e como ela funciona na escala do Universo observável.

Dentro desta explicação, os cientistas pensam que é possível modificar a nossa compreensão da gravidade de uma forma que explique as observações do Universo sem a necessidade de energia escura. Na verdade, Einstein propôs tal ideia em 1919, chamada gravidade unimodular, uma versão modificada da Relatividade Geral que os cientistas hoje pensam que não exigiria energia escura para dar sentido ao Universo.

Os telescópios espaciais Euclides e Roman são vistos como a última chance para a hipótese da energia escura.
[Imagem: NASA/ESA/ATG]

O futuro

A energia escura é um dos grandes mistérios da ciência. Durante décadas, os cientistas teorizaram sobre o nosso Universo em expansão. Mas, aos poucos, estamos construindo ferramentas poderosas para testar estas teorias e realmente investigar a grande questão: "O que é a energia escura?"

A missão Euclides da Agência Espacial Europeia (ESA), lançada em 2023, fará um mapa 3D do Universo para ver como a matéria foi separada pela energia escura ao longo do tempo. Esse mapa incluirá observações de bilhões de galáxias a até 10 bilhões de anos-luz da Terra.

O telescópio espacial Nancy Grace Roman, com lançamento previsto para maio de 2027, foi projetado para investigar a energia escura, entre muitos outros tópicos científicos, e também criará um mapa 3D da matéria escura. A resolução do Roman será tão nítida quanto a do telescópio espacial Hubble, mas com um campo de visão 100 vezes maior, permitindo capturar imagens mais expansivas do Universo. Isto permitirá aos cientistas mapear como a matéria está estruturada e espalhada pelo Universo e explorar como a energia escura se comporta e como mudou ao longo do tempo. O telescópio Roman também conduzirá uma pesquisa adicional para detectar supernovas do Tipo Ia.

Além disso, o observatório Vera Rubin, resultado de uma grande colaboração internacional e atualmente em construção no Chile, também vai dar suporte à nossa busca por alguma luz na compreensão da energia escura. O observatório terrestre deverá estar operacional em 2025.

Os esforços combinados de Euclides, Roman e Rubin darão início a uma nova era de ouro da cosmologia, na qual os cientistas irão recolher informações mais detalhadas do que nunca sobre os grandes mistérios, se não do Universo, ao menos das nossas teorias sobre ele.

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