Novas pistas de uma das pesquisas mais extensas do cosmos até hoje sugerem que a misteriosa energia escura pode estar evoluindo de maneiras que podem mudar a forma como os astrônomos entendem o universo.
A energia escura é um termo que os cientistas usam para descrever uma energia ou força que acelera a expansão do universo. Mas — embora represente 70% da energia no cosmos — os pesquisadores ainda não sabem exatamente o que é a energia escura, disse Mustapha Ishak-Boushaki, professor de física e astrofísica da Universidade do Texas em Dallas.
Ishak-Boushaki é co-presidente de um grupo de trabalho da colaboração do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura, conhecido como Desi. O instrumento, agora em seu quarto ano de observação do céu, pode observar a luz de 5.000 galáxias ao mesmo tempo. Quando o projeto for concluído no próximo ano, terá medido a luz de cerca de 50 milhões de galáxias.
A colaboração, que inclui mais de 900 pesquisadores, compartilhou a última divulgação de dados dos três primeiros anos de observações do Desi em 19 de março. Entre suas descobertas estão as medições de quase 15 milhões de galáxias e quasares, alguns dos objetos mais brilhantes do universo. Ishak-Boushak ajudou a liderar a análise da última divulgação de dados do Desi, que sugere que a energia escura — há muito chamada de “constante cosmológica”, já que os astrônomos pensavam que era imutável — está se comportando de maneiras inesperadas e pode até estar enfraquecendo com o tempo.
“A descoberta da energia escura, há quase 30 anos, já foi a maior surpresa da minha vida científica”, disse David Weinberg, professor de astronomia da Universidade Estadual de Ohio que contribuiu para a análise do Desi, em um comunicado. “Essas novas medições oferecem a evidência mais forte até agora de que a energia escura evolui, o que seria outra mudança impressionante em nossa compreensão de como o universo funciona.”
As descobertas trazem os astrônomos um passo mais perto de desvendar a natureza misteriosa da energia escura, o que pode significar que o modelo padrão de como o universo funciona também pode precisar de uma atualização, dizem os cientistas.
O Instrumento Espectroscópico de Energia Escura está localizado no Telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros da Fundação Nacional de Ciência no Observatório Nacional Kitt Peak em Tucson, no estado norte-americano do Arizona. Os 5.000 “olhos” de fibra óptica do instrumento e suas extensas capacidades de pesquisa estão permitindo que os cientistas construam um dos maiores mapas 3D do universo e rastreiem como a energia escura influenciou e moldou o cosmos nos últimos 11 bilhões de anos.
A luz de objetos celestes como galáxias leva tempo para chegar à Terra, o que significa que o Desi pode efetivamente ver como era o cosmos em diferentes momentos, desde bilhões de anos atrás até o presente.
“O Desi é diferente de qualquer outra máquina em termos de sua capacidade de observar objetos independentes simultaneamente”, disse John Moustakas, professor de física do Siena College e colíder da divulgação dos dados.
As descobertas mais recentes incluem dados sobre mais do que o dobro dos objetos cósmicos que foram pesquisados e apresentados há menos de um ano. Essas revelações de 2024 foram as primeiras a sugerir como a energia escura pode estar evoluindo.
“Estamos no negócio de deixar o universo nos dizer como ele funciona, e talvez o universo esteja nos dizendo que é mais complicado do que pensávamos”, disse Andrei Cuceu, pesquisador de pós-doutorado no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA, que gerencia o Desi, e co-presidente do grupo de trabalho Lyman-alfa do Desi, em um comunicado. “É interessante e nos dá mais confiança ver que muitas linhas diferentes de evidência apontam na mesma direção.”
O DESI pode medir o que os cientistas chamam de escala de oscilação acústica bariônica, ou BAO — essencialmente como eventos que ocorreram no início do universo deixaram padrões na distribuição da matéria pelo cosmos. Os astrônomos consideram a escala BAO, com separações de matéria de cerca de 480 milhões de anos-luz, como uma régua padrão.
“Esta escala de separação é como uma régua realmente gigantesca no espaço que podemos usar para medir distâncias, e usamos a combinação dessas distâncias e desvios para o vermelho (velocidade com que os objetos se afastam de nós) para medir a expansão do universo”, disse Paul Martini, coordenador da análise e professor de astronomia na Universidade Estadual de Ohio.
Medir a influência da energia escura ao longo da história do universo mostra o quão dominante essa força tem sido.
Os pesquisadores começaram a notar quando combinaram essas observações com outras medições de luz através do universo, como estrelas explodindo, a luz distorcida pela gravidade de galáxias distantes e a luz remanescente do início do universo, chamada radiação cósmica de fundo, os dados do Desi mostram que o impacto da energia escura pode estar enfraquecendo ao longo do tempo.
“Se isso continuar, eventualmente a energia escura não será mais a força dominante no universo”, disse Ishak-Boushak por e-mail. “Portanto, a expansão do universo deixará de acelerar e seguirá a uma taxa constante ou, em alguns modelos, poderá até mesmo parar e colapsar. Claro, esses futuros são muito distantes e levarão bilhões e bilhões de anos para acontecer. Trabalho com a questão da aceleração cósmica há 25 anos, e na minha perspectiva, se as evidências continuarem crescendo, e é provável que sim, isso será enorme para a cosmologia e toda a física.”
Ainda não há evidências suficientes para declarar uma descoberta revolucionária que diga definitivamente que a energia escura está evoluindo e enfraquecendo, mas isso pode mudar em apenas alguns anos, disse Ishak-Boushak.
“Minha primeira grande questão é se continuaremos a ver evidências de energia escura em evolução conforme nossas medições melhoram”, disse Martini. “Se chegarmos ao ponto em que as evidências são esmagadoras, então minhas próximas questões serão: Como a energia escura evolui? E quais são as explicações físicas mais prováveis?”
O novo conjunto de dados também pode ajudar os astrofísicos a entender melhor como as galáxias e buracos negros evoluem e a natureza da matéria escura. Embora a matéria escura nunca tenha sido detectada, acredita-se que ela constitua 85% da matéria total do universo.
Os cientistas envolvidos na colaboração estão ansiosos para melhorar suas medições usando o Desi.
“Seja qual for a natureza da energia escura, ela moldará o futuro do nosso universo”, disse Michael Levi, diretor do Desi e cientista do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley. “É bastante notável que possamos olhar para o céu com nossos telescópios e tentar responder a uma das maiores perguntas que a humanidade já fez.”
Um novo experimento chamado Spec-S5, ou Experimento Espectroscópico Estágio 5, poderia medir mais de 10 vezes mais galáxias que o Desi para estudar tanto a energia escura quanto a matéria escura, disse Martini.
“O Spec-S5 usaria telescópios em ambos os hemisférios norte e sul para mapear galáxias em todo o céu”, disse Martini. “Também estamos empolgados com como o telescópio (Vera) Rubin estudará supernovas e fornecerá um novo conjunto de dados uniforme para estudar a história da expansão (do universo).”
Outros observatórios espaciais, como o telescópio espacial Euclid e o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman, com lançamento previsto para 2027, também contribuirão com mais medições importantes de matéria escura e energia escura nos próximos anos que poderão ajudar a preencher as lacunas, disse Jason Rhodes, cosmologista observacional do Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa em Pasadena, Califórnia. Rhodes, que não está envolvido no Desi, é o líder científico dos EUA para o Euclid e investigador principal da equipe de ciência da energia escura da Nasa para o Euclid.
Rhodes, que considera os resultados intrigantes, disse que os dados mostram uma tensão leve mas persistente entre as medições dos primeiros dias do universo e aquelas do universo posterior. “Isso significa que nosso modelo mais simples de energia escura não permite exatamente que o universo primitivo que observamos evolua para o universo tardio que observamos”, disse Rhodes.
“Os resultados do Desi (e alguns outros resultados recentes) parecem indicar que um modelo mais complexo de energia escura é preferido. Isso é verdadeiramente empolgante porque pode significar que uma nova física, desconhecida, governa a evolução do universo. O DESI nos deu resultados tentadores que podem indicar que um novo modelo de cosmologia é necessário.”
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