Os cosmologistas dizem que descobriram indícios de uma intrigante torção na forma como a luz ancestral se move pelo Universo, o que pode oferecer pistas sobre a natureza da energia escura – a força misteriosa que parece estar empurrando o cosmos para se expandir cada vez mais rápido.
Eles sugerem que a torção da luz, que identificaram em dados sobre o fundo cósmico de micro ondas (CMB) coletados pelo telescópio espacial Planck, e a aceleração do Universo poderiam ser produzidos por uma ‘quintessência’ cósmica, uma substância exótica que permeia o cosmos.
Tal descoberta exigiria uma grande revisão das teorias atuais, e os físicos alertam que a evidência é provisória – ela não atende o limite de ‘5 sigma’ usado para determinar se um sinal é uma descoberta. Mas ressalta o fato de que a cosmologia moderna ainda tem uma imagem incompleta do conteúdo do Universo.
Se a energia escura for uma quintessência, seu impulso na expansão pode diminuir lentamente ou desaparecer, ou pode até mesmo se reverter para se tornar uma força atrativa, fazendo com que o Universo desmorone em um ‘big crunch’, diz Sean Carroll, um físico teórico da Califórnia Instituto de Tecnologia de Pasadena.
“Estamos de volta a uma situação em que não temos nenhuma ideia sobre como o Universo vai acabar.” O trabalho foi relatado em 23 de novembro na Physical Review Letters1.
O quinto elemento
A primeira evidência direta de que uma força desconhecida estava empurrando a expansão cósmica para acelerar surgiu em 1998, a partir de duas pesquisas separadas de supernovas. Vários outros estudos confirmaram a presença dessa força, chamada de energia escura, mas forneceram poucas informações preciosas sobre sua natureza.
O primeiro palpite dos pesquisadores – que continua sendo a teoria principal – foi que a energia escura é uma propriedade intrínseca do espaço, o que significaria que a quantidade de energia escura por unidade de volume de espaço é fixada como uma “constante cosmológica”.
Mas alguns cosmologistas teorizaram que a energia escura é feita de algo totalmente diferente. Eles chamam isso de um campo de quintessência, após o quinto elemento, ou éter – o nome que os antigos filósofos gregos deram a um pensamento material invisível para preencher todo o espaço vazio do Universo.
Ao contrário da constante cosmológica, a quintessência “é um meio tangível e tem flutuações próprias“, diz Robert Caldwell, cosmólogo do Dartmouth College em Hanover, New Hampshire, que foi um dos primeiros pesquisadores a propor a existência do material2.
A quintessência pode ter propriedades intermediárias entre as da matéria e as de uma constante cosmológica, acrescenta Caldwell.
À medida que o Universo se expande, uma constante cosmológica manteria uma densidade constante, enquanto a densidade da quintessência diminuiria – embora não tão rápido quanto a densidade da matéria, que diminui à medida que as galáxias se espalham.
Em 1998, Carroll propôs um teste experimental para quintessência3, baseado na previsão de que ela altera a forma como a luz se propaga no espaço.
Um grupo liderado pelo físico teórico Marc Kamionkowski, agora na Johns Hopkins University em Baltimore, Maryland, então calculou4 como esse efeito poderia ser medido no CMB, a radiação primordial frequentemente descrita como o brilho residual do Big Bang.
Os pesquisadores sugeriram que seria possível detectar sinais de quintessência observando mapas de luz polarizada em toda a CMB. A luz é polarizada quando seu campo elétrico ‘balança’ em uma direção particular, em vez de em uma direção aleatória.
A teoria diz que a quintessência torce a direção para a qual a polarização aponta, de uma forma que poderia ser detectada olhando a polarização em todo o céu.
Agora, dois cosmologistas – Yuto Minami da High Energy Accelerator Research Organization (KEK) em Tsukuba, Japão, e Eiichiro Komatsu do Instituto Max Planck de Astrofísica em Garching, Alemanha – identificaram essa assinatura CMB em dados do Planck da Agência Espacial Europeia missão concluída em 2013.
O principal objetivo de Planck era mapear pequenas variações na temperatura do CMB no céu, mas a missão também mediu a polarização da radiação. Minami e Komatsu foram capazes de detectar sinais de quintessência usando uma nova técnica que relataram no ano passado5.
Seus resultados diferem dos de outros grupos, que analisaram os mapas de polarização CMB – incluindo o de Planck – e não encontraram nenhuma torção, diz a física Suzanne Staggs, da Universidade de Princeton em Nova Jersey, cuja equipe mede a radiação CMB usando o Atacama Cosmology Telescope (ACT) em Chile.
A equipe de Staggs planeja testar a técnica de Minami e Komatsu em dados ACT. “Estamos interessados em explorá-lo”, diz ela.
Grandes implicações
O artigo é “uma análise bastante boa”, mas o ruído nos sinais de Planck pode ser um fator complicador, diz George Efstathiou, um importante cosmologista de Planck na Universidade de Cambridge, no Reino Unido.
Os teóricos também estão respondendo com cautela. “Se fosse real, é grande”, diz Carroll. Mas ele observa que a significância estatística – apenas 2,5 sigma – do resultado é fraca, e diz que esses resultados geralmente desaparecem em um exame mais aprofundado.
Kamionkowski concorda. “Acho que provavelmente vamos querer passar por tudo isso com muito cuidado antes de ficarmos muito agitados”, diz ele. Ele acrescenta que a existência de quintessência teria implicações não apenas para a cosmologia, mas também para a física fundamental: o modelo padrão da física de partículas não prevê nenhum tipo de quintessência.
Outros esforços estão em andamento para mapear a polarização CMB com maior precisão do que nunca e colocará um teste rigoroso na quintessência. Esses projetos incluem o Observatório Simons, outro experimento CMB que está sendo montado no Deserto de Atacama e uma futura sonda espacial liderada por japoneses chamada LiteBIRD.
Se a quintessência funcionar como uma explicação, ela terá efeitos em cascata nas melhores estimativas das características do Universo, incluindo sua idade, que pode ser um pouco mais jovem do que os 13,8 bilhões de anos que os cosmologistas calcularam com base nos dados do Planck.
Também pode ajudar a explicar por que os dados do CMB prevêem que o Universo deve estar se expandindo em um ritmo mais lento do que o observado atualmente. “A rocha em que eles estão é a constante cosmológica. Se você mudar essa rocha, isso pode afetar todo o resto ”, diz Caldwell.
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Traduzido e editado por equipe Isto é Interessante
Fonte: nature
