A expansão do universo pode não estar a acelerar, mas sim a abrandar, sugere um novo estudo.
Se for confirmado, o resultado poderá derrubar décadas de pressupostos astronómicos estabelecidos e reescrever o nosso entendimento da energia escura, a força misteriosa que contraria a atração interna da gravidade no nosso universo.
Em 1998, duas equipas distintas de astrónomos, ao observarem estrelas brilhantes e explosivas chamadas supernovas de Tipo 1a, propuseram a teoria de que a energia escura poderia permitir que o universo se expandisse a um ritmo acelerado.
Os cientistas tinham notado que algumas das supernovas mais distantes eram menos brilhantes do que o esperado e concluíram que estas se tinham afastado da Terra mais rapidamente do que o previsto. A descoberta valeu-lhes o Prémio Nobel da Física em 2011.
No entanto, a natureza da energia escura permaneceu um mistério e o seu papel na expansão do universo já foi posto em causa anteriormente.
No ano passado, um consórcio de centenas de investigadores, utilizando dados do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) no Arizona, desenvolveu o maior mapa 3D de sempre do universo. As observações sugeriram que a energia escura pode estar a enfraquecer com o tempo, indicando que a taxa de expansão do universo poderia, eventualmente, abrandar.
Agora, um estudo publicado a 6 de novembro na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society fornece mais provas de que a energia escura pode não estar a impulsionar o universo com a mesma força de outrora.
Esta imagem do Telescópio Espacial Hubble mostra uma supernova na constelação de Gémeos. (ESA/Hubble/NASA/R. J. Foley (UC Santa Cruz))
As descobertas do projeto DESI representaram “uma grande, grande mudança de paradigma… e o nosso resultado, em certo sentido, concorda bem com isso”, afirmou Young-Wook Lee, professor de astrofísica na Universidade de Yonsei, na Coreia do Sul, e investigador principal do novo estudo.
O trabalho de Lee e dos seus colegas baseia-se na evolução da compreensão da energia escura, sugerindo que a expansão do universo já começou a abrandar — algo que poderia alterar o próprio destino do cosmos. “A energia escura existe, mas o universo atual já entrou numa fase de desaceleração, hoje”, explicou Lee. “Portanto, o destino do universo pode mudar. E se conseguirmos mudar o destino do universo, isso é um progresso realmente importante na cosmologia.”
Supernovas envelhecidas
Para chegar a estas conclusões, os investigadores analisaram uma amostra de 300 galáxias contendo supernovas de Tipo 1a e propuseram que a diminuição do brilho das estrelas explosivas distantes não se devia apenas ao facto de se estarem a afastar da Terra, mas também à idade da estrela progenitora.
“Antes do nosso trabalho, pensava-se que as supernovas do Tipo Ia explodiam com um brilho intrínseco quase idêntico, tornando-as ‘velas padrão’ altamente fiáveis”, explicou o coautor do estudo Junhyuk Son, doutorando em astronomia na Universidade de Yonsei. “No entanto, descobrimos que a sua luminosidade depende, na verdade, da idade das estrelas que as produzem — progenitoras mais jovens originam supernovas ligeiramente menos brilhantes, enquanto as mais velhas são mais brilhantes.”
Son referiu que a equipa tem uma elevada confiança estatística — 99,99% — sobre esta relação idade-brilho, permitindo-lhes utilizar as supernovas de Tipo 1a com maior precisão do que anteriormente para avaliar a expansão do universo.
Esta imagem detalhada do Telescópio Espacial James Webb revela milhares de galáxias distantes, algumas datando dos primeiros períodos da história cósmica. (ESA/Webb/NASA/CSA)
“Se for confirmada, esta representaria a mudança mais significativa na cosmologia desde a descoberta da energia escura em 1998”, sublinhou Son. “Sugeriria que a expansão do universo já não está a acelerar hoje e que a energia escura não é uma força constante, mas algo que evolui com o tempo. Esta descoberta abriria um capítulo totalmente novo na nossa compreensão da natureza física da energia escura, de como mudou ao longo da história cósmica e do que isso significa, em última análise, para o destino do universo.”
Eventualmente, se a expansão continuar a abrandar, o universo poderá começar a contrair-se, terminando naquilo que os astrónomos imaginam ser o oposto do Big Bang — o Big Crunch. “Essa é certamente uma possibilidade”, admitiu Lee. “Ainda há dois anos, o Big Crunch estava fora de questão. Mas precisamos de mais trabalho para ver se poderia realmente acontecer.”
Afirmações extraordinárias
A nova investigação propõe uma revisão radical do conhecimento aceite, pelo que, compreensivelmente, está a ser recebida com ceticismo.
“Este estudo assenta numa premissa falhada”, afirmou num email Adam Riess, professor de física e astronomia na Universidade Johns Hopkins e um dos laureados com o Prémio Nobel da Física em 2011. “Sugere que as supernovas envelheceram com o Universo, contudo as observações mostram o oposto — as supernovas de hoje ocorrem onde se formam estrelas jovens. A mesma ideia foi proposta há anos e refutada na altura, e parece não haver nada de novo nesta versão.”
Lee, no entanto, refutou a afirmação de Riess, classificando-a como incorreta. “Mesmo no Universo atual, as supernovas do Tipo Ia encontram-se com a mesma frequência em galáxias elípticas antigas e inativas como em galáxias jovens e formadoras de estrelas — o que mostra claramente que este comentário é equivocado. O chamado artigo que ‘refutou’ o nosso resultado anterior baseou-se em dados profundamente falhados com enormes incertezas”, disse, acrescentando que a correlação idade-brilho foi confirmada independentemente por duas equipas distintas nos Estados Unidos e na China.
Os vencedores do Prémio Nobel de Física de 2011 (da esquerda para a direita) Saul Perlmutter, Adam Riess e Brian P. Schmidt conversam durante uma conferência de imprensa na Academia Real Sueca de Ciências, em Estocolmo, em dezembro de 2011. (Janerik Henriksson/Reuters)
Outros especialistas na área que não estiveram envolvidos no estudo fizeram eco de algumas das preocupações de Riess. Dan Scolnic, professor associado de física na Universidade de Duke, em Durham, Carolina do Norte, notou que o estudo dá um salto da idade da galáxia hospedeira para a idade da supernova que não é fisicamente justificado. “Os autores estão a propor ideias que a comunidade já testou e corrigiu com conjuntos de dados muito maiores. O universo continua a acelerar muito bem”, garantiu Scolnic.
Dillon Brout, professor assistente nos departamentos de astronomia e física da Universidade de Boston, salientou por email que o artigo levanta uma questão justa sobre como as idades das progenitoras de supernovas mudam ao longo do tempo cósmico, acrescentando que é sempre importante desafiar a nossa forma de pensar para compreender melhor o universo. “No entanto, a forma como modelam essa evolução não é apoiada pelas observações nem pela nossa compreensão de como estes sistemas se formam. As análises modernas de supernovas já têm em conta a ligação entre o brilho e os ambientes onde estas estrelas se originam, o que capta a maior parte do efeito que discutem”, acrescentou.
“Afirmações extraordinárias exigem provas extraordinárias”, disse Dragan Huterer, professor de física na Universidade de Michigan em Ann Arbor, notando que não sente que a nova investigação “atinja o limiar para derrubar o modelo atualmente favorecido”.
Lee está ciente de que o trabalho pode ser polémico. “Temos um longo caminho a percorrer para convencer toda a gente na comunidade da cosmologia de supernovas”, reconheceu. “Ainda há muitas pessoas que são fortemente contra [os nossos resultados], por isso deverão acontecer muitos debates e discussões num futuro próximo.”
No entanto, acrescentou, pode estar para breve mais clareza sobre o assunto. O novo Observatório Vera C. Rubin, que começou a operar este ano, deverá ajudar a resolver o debate com o lançamento, no início de 2026, do Legacy Survey of Space and Time, um registo time-lapse ultra-amplo e de ultra-alta definição do universo, feito através do varrimento de todo o céu a cada poucas noites durante dez anos para capturar uma compilação de asteroides e cometas, estrelas explosivas e galáxias distantes à medida que mudam.
“O Vera Rubin vai descobrir mais de 20 mil novas galáxias hospedeiras de supernovas com medições de idade de muito alta precisão”, adiantou Lee. “Levará três ou cinco anos e permitirá um teste cosmológico mais direto sem a preocupação com este efeito de viés de idade.”
“A energia escura está a ficar cada vez mais estranha”, concluiu Lee. “Mas não existe uma boa teoria que consiga explicar este comportamento muito estranho. Por isso, acho que nos está a escapar algo. Talvez, daqui a cinco anos, possa surgir um resultado ainda mais surpreendente.”