Energia escura, apesar de extremamente misteriosa, se tornou padrão na cosmologia. Evidências da existência dessa energia de repulsão se acumulam desde 1998. Foi nesse ano que os astrônomos observaram pela primeira vez que a expansão do universo ocorre de forma cada vez mais rápida, se acelera ao longo do tempo. E a energia escura atua como um acelerador. Enquanto o espaço expande, surge um novo espaço e, com ele, mais energia escura repulsiva, o que faz com que a expansão fique ainda mais rápida.
Vinte anos depois, inúmeras mensurações independentes consentem que a energia escura compõe cerca de 70% do conteúdo de todo o universo. Essa noção é tão presente na visão atual do cosmos que todos foram pegos de surpresa quando um artigo científico recentemente, publicado na revista Astronomy & Astrophysics, questionou se ela realmente existe.
A análise dos quatro autores, que inclui o físico de Oxford Subir Sarkar, foi compreensiva. Eles analisaram centenas de supernovas – potentes explosões estelares que nos forneceram as primeiras evidências da aceleração cósmica, descoberta que levou três astrônomos a receberem o Prêmio Nobel de Física em 2011. Quando Sarkar e a equipe analisaram as supernovas, eles não observaram um universo em expansão acelerada uniforme em todas as direções por causa à energia escura. Na realidade, eles afirmam que as supernovas têm esta mesma aparência porque a nossa região cósmica está em aceleração em uma direção específica – mais ou menos na direção da constelação Centauro no céu do hemisfério Sul.
Especialistas fora da equipe quase imediatamente passaram a esmiuçar o artigo, procurando por falhas na sua metodologia. Dois cosmólogos oficializaram seus argumentos em um artigo online publicado em 6 de dezembro e submetido ao The Astrophysical Journal. David Rubin e Jessica Heitlauf, sua aluna, ambos da Universidade do Havaí, Manoa, EUA, detalham os principais problemas do artigo de Sarkar e como os dados teriam sido tratados. “A expansão do universo está acelerando?”, escreve no título do artigo. “Todos os sinais ainda apontam para sim.”
Outros pesquisadores elogiaram o exame minucioso. Mas Sarkar e sua equipe não concorda com as novas críticas. Poucos após sa publicação do artigo de Rubin e Heitlauf, eles publicaram uma refutação da refutação.
A comunidade da cosmologia permanece inamovível. Para Dragan Huterer, cosmólogo da Universidade de Michigan (EUA) a resposta mais recente às vezes “erra o alvo” e tenta debater princípios estatísticos que “não são negociáveis”. Dan Scolnic, cosmólogo de supernovas da Universidade Duke, reafirmou que “a evidência de energia escura apenas das supernovas é significativa e segura”.
Um tiro em movimento
A expansão do espaço estende a luz, avermelhando sua cor. As supernovas parecem mais “deslocadas para o vermelho” (redshift, em inglês) quanto mais distantes estão, porque sua luz precisa viajar mais longe através da expansão do espaço. Se o espaço se expandisse a uma taxa constante, o desvio para o vermelho de uma supernova seria diretamente proporcional à sua distância e, portanto, ao seu brilho.
Mas em um universo acelerado e cheio de energia escura, o espaço se expandiu menos rapidamente no passado do que agora. Isso significa que a luz de uma supernova terá se estendido menos durante sua longa jornada para a Terra, dado o espaço lentamente expandido durante grande parte do tempo. Uma supernova localizada a uma determinada distância (indicada pelo brilho) parecerá significativamente menos deslocada para vermelho do que em um universo sem energia escura. De fato, os pesquisadores descobriram que o desvio para o vermelho e o brilho das supernovas são dimensionados exatamente dessa maneira.
Em seu artigo recente, Sarkar e colaboradores adotaram uma abordagem não convencional da análise. Normalmente, qualquer estudo de dados de supernova deve explicar o movimento da Terra: como a Terra orbita o sol, que orbita a galáxia, que orbita o grupo local de galáxias, nós e nossos telescópios percorremos o espaço a cerca de 600 quilômetros por segundo. Nosso movimento líquido é em direção a uma região densa perto de Centauro. Consequentemente, a luz proveniente dessa direção está sujeita ao deslocamento Doppler, o que a torna mais azul do que a luz do lado oposto do céu.
É padrão corrigir esse movimento e transformar dados de supernova em um quadro de referência estacionário. Mas Sarkar e companhia não. “Se você não subtrair esse [movimento], ele coloca o mesmo deslocamento Doppler nos dados da supernova”, explicou Rubin em uma entrevista a Quanta Magazine. “Nossa afirmação é que a maior parte do efeito é devido ao movimento do sistema solar”.
Outro problema com o artigo, de acordo com Rubin e Heitlauf, é que Sarkar e colegas fizeram uma “suposição claramente incorreta”: eles falharam em explicar o fato de que a poeira cósmica absorve mais a luz azul do que a vermelha.
Por causa disso, uma supernova em uma região relativamente “limpa” e livre de poeira parece especialmente azul, pois há menos poeira que absorveria sua luz azul. A falta de poeira também significa que parecerá mais brilhante. Assim, as supernovas distantes que vemos com nossos telescópios são desproporcionalmente azuis e brilhantes. Se você não controlar o efeito dependente de cor da poeira, deduzirá menos diferença entre o brilho das supernovas próximas (em média, mais poeira e mais vermelhas) e supernovas distantes (em média, mais azuis e brilhantes) – e, como resultado , você deduzirá menos aceleração cósmica.
A combinação dessas e de outras decisões incomuns permitiu ao grupo de Sarkar modelar seus dados de supernova com um termo “dipolo”, uma aceleração que aponta em uma única direção, e apenas um termo pequeno, ou possivelmente zero, “monopolo” descrevendo o tipo de uniforme aceleração que significa energia escura.
Esse modelo dipolo tem outros dois problemas, disseram Rubin e Heitlauf. Primeiro, o modelo inclui um termo que diz com que rapidez a aceleração dipolar cai para zero quando você se afasta da Terra; Sarkar e companhia reduziram essa distância, o que significa que o modelo não é testado por uma grande amostra de supernovas. E segundo, o modelo não satisfaz uma verificação de consistência envolvendo a relação entre os termos dipolo e monopolo nas equações.
Nem todos são iguais
No dia em que o artigo de Rubin e Heitlauf apareceu, Sarkar disse por e-mail: “Não achamos que sejam necessárias revisões em nossa análise”. Ele e sua equipe logo publicaram sua refutação dos quatro pontos da dupla, principalmente revisando justificativas anteriores. Eles citaram a pesquisa de Natallia Karpenka, uma cosmóloga que deixou a academia para uma carreira em finanças, para apoiar uma de suas escolhas, mas interpretaram mal o trabalho dela, disse Rubin. Quatro outros cosmólogos contatados por Quanta disseram que a resposta do grupo não muda suas opiniões opinião.
Aqueles que acham difícil acompanhar a análise de dados devem observar que os dados das supernovas correspondem a outras evidências de aceleração cósmica. Ao longo dos anos, a energia escura foi inferida a partir da luz antiga chamada fundo cósmico de microondas, flutuações na densidade do universo chamada oscilações acústicas bariônicas, as formas gravitacionalmente distorcidas das galáxias e o agrupamento de matéria no universo.
Sarkar e colegas fundamentam seu trabalho em um corpo respeitável de pesquisa sobre o “problema de ajuste cosmológico”. Cálculos de parâmetros cosmológicos como a densidade da energia escura (que é representada nas equações de gravidade de Albert Einstein pela letra grega lambda) tendem a tratar o universo como suave, calculando a média das não homogeneidades do universo, como suas galáxias e vazios. O problema de ajuste pergunta se essa aproximação pode levar a inferências incorretas sobre os valores de constantes como lambda ou se pode até sugerir a presença de uma lambda que não existe.
Mas as pesquisas mais recentes sobre a questão – incluindo uma grande simulação cosmológica publicada recentemente – rejeitam essa possibilidade. As heterogeneidades “podem mudar o lambda em 1 ou 2%”, disse Ruth Durrer, da Universidade de Genebra, coautora do artigo, “mas não conseguiu se livrar dela. É simplesmente impossível.”
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