São 15 anos a coçar a cabeça, desde
que percebemos que algum agente misterioso está empurrando o universo para
longe. Nós ainda não sabemos o que é.
Ele está em toda parte e não podemos
vê-lo.
Responde por mais de dois terços do universo, mas não temos ideia de onde
vem ou de que é feito. “A natureza não está pronta para nos dar alguma pista
ainda”, diz Sean Carroll, físico teórico do Instituto de Tecnologia da
Califórnia, em Pasadena (EUA).
Um nome já lhe foi dado: energia
escura. Agora, a busca é sobre o que realmente é. Ainda este ano, os astrônomos
irão começar um novo levantamento do céu para procurar sinais do material entre
as explosões de estrelas e antigos aglomerados de galáxias.
Um pacote de
missões espaciais e gigantescos telescópios baseados na Terra em breve se
juntarão à missão.
Até o momento, nosso conhecimento é
bastante escasso. Ele é limitado a, talvez, três coisas.
Primeiro, sabemos que
a energia escura empurra. Em 1998, observaram-se inesperadas explosões de
supernovas, que estavam mais longe do que imaginávamos.
O espaço parece, em
algum momento, ter começado a se expandir mais rápido, como se impulsionado por
uma força repulsiva agindo contra a gravidade atrativa da matéria.
Em segundo lugar, há vários
ingredientes nela. O movimento e aglomeração de galáxias nos diz o quanto a
matéria é exterior ao universo, enquanto que as micro-ondas cósmica emitidas
380 mil anos após o Big Bang nos permitem estudar a densidade total da matéria
mais a energia. Este segundo número é muito maior.
De acordo com os dados mais
recentes, incluindo observações de micro-ondas do satélite Planck, da Agência
Espacial Europeia, cerca de 68% do universo é, de alguma forma, não material,
ou energética.
Em terceiro lugar, a energia escura
é um excelente combustível para as mentes criativas dos físicos. Eles a veem em
centenas de formas diferentes e fantásticas.
A mais “simples” delas é a
constante cosmológica. É uma densidade de energia inerente ao espaço, que
dentro da teoria geral da relatividade de Einstein cria uma gravidade
repulsiva.
Conforme o espaço se expande mais e mais, torna a sua repulsa mais
forte em relação à gravidade. Partículas físicas até parecem fornecer uma
origem para ela, em partículas virtuais que aparecem e desaparecem no vácuo
quântico incerto.
Mas muitas discrepâncias
catastróficas deixam espaço para uma mistura variada de teorias alternativas.
A
energia escura poderia ser quintessência, um campo de energia hipotética que
permeia o espaço. Ou pode ser uma forma modificada da gravidade que repele a
longa distância, ou uma ilusão nascida da posição da Terra no cosmos.
Talvez a
energia escura poderia assumir a forma de ondas de rádio trilhões de vezes
maiores do que o universo observável.
“Muitas pessoas inteligentes têm
tentado inventar algo melhor do que a constante cosmológica, ou entender por
que a constante cosmológica tem este valor. Grosso modo, elas falharam”, diz
Carroll.
Uma maneira de ir direto ao ponto
pode ser descobrir se a energia escura está mudando ao longo do tempo.
Se não
for verdade, isto excluiria a constante cosmológica: como uma propriedade
inerente do espaço, a sua densidade deve permanecer inalterada.
Na maioria dos
modelos de quintessência, por outro lado, a energia torna-se diluída
lentamente, como trechos de espaço – embora em alguns realmente se
intensifique, bombeada pela expansão do universo. Em teorias mais modificadas
da gravidade, a densidade da energia escura também é variável. Ela pode até
subir um pouco e, em seguida, descer, ou vice-versa.
O destino do universo paira neste
equilíbrio. Se a energia escura permanecer estável, a maioria dos cosmos irá
acelerar para longe, deixando-nos em uma pequena ilha do universo cortado do
resto do cosmos. Se intensificar, pode eventualmente destruir toda a matéria em
um “Big Rip” (“grande rasgo”), ou até mesmo tornar o tecido do espaço instável
aqui e agora.
Nossa melhor estimativa hoje,
baseada principalmente em observações de supernovas, é que a densidade da
energia escura é bastante estável. Há uma sugestão de que está aumentando
ligeiramente, mas as incertezas são muito grandes para nos preocuparmos com
esse aumento.
Diminuindo as incertezas a Pesquisa de Energia Escura, um
projeto internacional que começou a coletar dados em setembro, pretende
melhorar nosso conhecimento. Ele utiliza o telescópio Víctor M. Blanco de 4
metros de largura do Observatório Interamericano Cerro, no Chile, ligado a uma
câmera infravermelha sensível especialmente projetada para procurar vários
sinais reveladores da energia escura sobre uma ampla faixa do céu.
“Este não é
o maior telescópio do mundo, mas tem um grande campo de visão”, diz Joshua
Frieman da Universidade de Chicago (EUA), que é diretor do projeto.
Para começar, o telescópio vai
pegar muitos mais supernovas. O brilho aparente de cada explosão estelar nos
diz há quanto tempo isso aconteceu. Durante o tempo que a luz nos atingiu, o
seu comprimento de onda foi esticado pela expansão do espaço.
A pesquisa também vai desenhar um
mapa do céu que marca as posições de algumas centenas de milhões de galáxias e
suas distâncias de nós. As ondas sonoras que reverberam em torno dos cosmos
deram enormes superaglomerados de galáxias uma escala característica.
Ao medir
o tamanho aparente de superaglomerados, podemos obter uma nova perspectiva
sobre a história da expansão do universo.
O mapa também revela influências
das trevas em escalas menores.
A equipe de pesquisa acompanhará o crescimento
através de um efeito conhecido como lente gravitacional, que ocorre quando o
feixe dobrar a luz que passa através deles a partir de objetos cósmicos ainda
mais distantes.
Estas várias medidas devem dar um
insight sobre como a energia escura mudou ao longo do tempo. A pesquisa deve
reduzir a incerteza sobre os resultados existentes por um fator de quatro, diz
Frieman. Após a primeira análise devida dos dados, em 2016, vamos começar a
distinguir entre alguns dos diferentes modelos teóricos.
Por fim, o Large Synoptic Survey
Telescope, um projeto norte-americano, deve-se abrir o seu grande olho em 2021.
Outros mega-âmbitos, como o Telescópio de 30 Metros, no Havaí, o European
Extremely Large Telescope e o Telescópio Gigante Magalhães, no Chile, também
devem entrar em ação em torno do mesmo tempo.
Assim, o enorme receptor de rádio
cósmico baseado na Austrália e África do Sul, o Square Kilometre Array, irá
traçar a estrutura cósmica através do brilho de rádio de nuvens de hidrogênio.
Em 2020, a Agência Espacial Europeia e a NASA planejam lançar uma missão espacial
de caça a energia escura chamada Euclides. O telescópio Infrared Survey
Largo-Campo dos EUA pode seguir logo depois.
Esta perseguição através do espaço
vai ser emocionante, mas ainda pode nos iludir. Mesmo se descobrirmos que a
densidade da energia escura é crescente ou decrescente, podemos não ser capazes
de dizer se isso é devido a quintessência ou a algum tipo de variável
gravidade.
“Se você introduzir um novo campo
ou partícula para ser sua energia escura, então também vai atuar como o
portador de uma nova força”, diz Clare Burrage da Universidade de Nottingham,
no Reino Unido. Algo como quintessência produziria uma força fundamental em
quinto lugar, separada da gravidade, eletromagnetismo e forças nucleares. O
mesmo é válido para a maioria das formas de gravidade modificada. “Mas nós não
vemos uma quinta força dentro do sistema solar”, diz Burrage.
Teóricos geralmente se livram deste
ponto de atrito pela adição de um mecanismo de triagem, que enfraquece a quinta
força em ambientes relativamente densos, como a vizinhança solar. Um projeto
chamado experimento GammeV, do Fermilab, em Illinois (EUA), está já à procura
de um determinado campo de energia escura blindado chamado de camaleão.
Até agora GammeV nada observou, mas
Burrage visa procurar uma gama muito maior de energias escuras, e com maior
sensibilidade.
Existem ainda muitas maneiras de se
tentar a energia escura, como através de efeitos elétricos. Por exemplo,
Michael Romalis, da Universidade de Princeton (EUA) e Robert Caldwell do
Dartmouth College (EUA) propuseram no início deste ano que se fótons ou
elétrons comuns podem gerar quintessência mesmo muito fraca, então um campo
magnético da Terra deve gerar uma pequena carga eletrostática. Este efeito é
potencialmente simples de detectar, embora qualquer aparelho projetado para
fazê-lo teria que ser muito preciso.
Poucos imaginam que esse mistério
será solucionado logo.
“A energia escura é um dos maiores mistérios, e eu não
espero ainda estar por perto quando nós o descobrirmos”, diz Stephen Hsu, da
Universidade de Oregon (EUA).
