Há pouco mais de um século, a observação de que galáxias distantes se afastavam entre si revolucionou a nossa percepção do cosmos, inaugurando o conceito de um universo em expansão. Hoje, a questão central não é se o Universo se expande, mas sim por que motivo o faz de forma cada vez mais acelerada. Esta interrogação fundamental impulsionou o Dark Energy Survey (DES), uma das mais ambiciosas colaborações cosmológicas recentes. Agora, após seis anos de recolha e análise de dados, o DES divulga um novo e abrangente conjunto de resultados que proporciona as medições mais precisas até à data sobre a expansão do Universo. Estes achados robustecem o modelo cosmológico padrão, mas mantêm em aberto uma persistente e intrigante discrepância, apontando para futuras investigações sobre a misteriosa energia escura.
A Descoberta da Expansão Acelerada
Durante décadas, a comunidade astronómica presumia que a expansão do Universo deveria abrandar ao longo do tempo, sob a influência da gravidade mútua entre os corpos celestes. No entanto, esta convicção foi dramaticamente abalada em 1998, quando duas equipas de investigação independentes anunciaram uma descoberta revolucionária. Ao analisar supernovas distantes, perceberam que, em vez de desacelerar, a expansão do cosmos estava, de facto, a acelerar. Este facto surpreendente levou à introdução de um conceito inovador: a energia escura.
O enigma da energia escura
A energia escura é uma componente misteriosa que se tornou crucial para explicar a expansão acelerada do Universo. Estima-se que represente atualmente cerca de 70% de toda a massa e conteúdo energético do cosmos, exercendo uma força repulsiva que contraria a gravidade. Apesar da sua dominância, a natureza da energia escura permanece um dos maiores enigmas da física moderna. A sua existência é inferida pelos seus efeitos observacionais, mas a sua composição e propriedades fundamentais continuam desconhecidas, desafiando a nossa compreensão do Universo. Foi precisamente para desvendar este mistério que o Dark Energy Survey (DES) foi concebido.
Dark Energy Survey: Uma Abordagem Inovadora
O Dark Energy Survey é um consórcio internacional que congrega mais de 400 cientistas de 35 instituições em sete países, sob a liderança do Fermi National Laboratory, nos Estados Unidos. A sua missão é medir com uma precisão sem precedentes os efeitos da energia escura, utilizando tecnologias de ponta e uma vasta rede de colaboração. O DES propôs-se a cartografar uma parte significativa do céu para recolher dados que pudessem elucidar o comportamento desta força enigmática e a sua influência na evolução cósmica.
A DECam e o mapeamento cósmico
Entre 2013 e 2019, o DES realizou um mapeamento profundo de um oitavo do céu austral, utilizando a Digital Camera (DECam), um instrumento de 570 megapixéis e alta sensibilidade, instalado no telescópio Victor M. Blanco de 4 metros, no Observatório Interamericano de Cerro Tololo, nos Andes chilenos. Esta poderosa câmara permitiu a recolha de dados sobre 669 milhões de galáxias ao longo de 758 noites de observação, algumas delas situadas a milhares de milhões de anos-luz de distância. Esta vasta imagem da DECam, por exemplo, revela um campo na constelação de Lebre, mostrando estrelas da Via Láctea e um grupo de galáxias a cerca de 300 milhões de anos-luz. Instituições espanholas, por exemplo, desempenharam um papel fundamental desde o início, contribuindo tanto para o desenvolvimento da instrumentação como para a análise científica subsequente. William d’Assignies Doumerg, do IFAE, explica que “a partir das imagens, medimos as formas das galáxias e as pequenas distorções causadas pela gravidade”. Contudo, para interpretar estes efeitos, é crucial determinar a distância das galáxias, inferida a partir das suas cores. Giulia Giannini, investigadora do ICE-CSIC, sublinha que a nova análise do DES elevou a calibração destas distâncias “a um nível de precisão sem precedentes”.
Quatro pilares para uma medição precisa
Um dos feitos mais notáveis do novo trabalho do DES é a combinação simultânea e inédita de quatro métodos independentes para estudar a energia escura e a expansão cósmica. Esta estratégia, concebida há 25 anos aquando da génese do DES, só agora pôde ser concretizada com um volume de dados suficiente. Os métodos incluem: supernovas de tipo Ia (utilizadas como “velas padrão” para medir distâncias), oscilações acústicas dos bariões (BAO, que revelam a distribuição da matéria), aglomerados de galáxias (como indicadores da estrutura em larga escala) e lentes gravitacionais fracas (que medem as distorções da luz causadas pela gravidade da matéria). A integração destes “quatro pilares” permitiu ao DES obter uma bateria de medições mais de duas vezes mais restritiva do que as análises anteriores do projeto, refinando significativamente a gama de modelos cosmológicos compatíveis com as observações.
Resultados e a Persistência da Discrepância
Os mais recentes resultados do Dark Energy Survey, sintetizados em 18 artigos científicos em revisão por pares, representam a análise mais completa do projeto até à data. De um modo geral, o Universo continua a comportar-se como previsto pelo modelo cosmológico padrão, conhecido como Lambda-CDM (ΛCDM), que descreve um cosmos plano composto por energia escura, matéria escura fria e matéria bariónica. Estes achados reforçam o modelo e aumentam a confiança na sua validade, ao mesmo tempo que restringem ainda mais os parâmetros cosmológicos. Contudo, a análise do DES não só confirma, mas também reforça uma “discrepância incómoda” que tem vindo a desafiar os cosmólogos.
Reconstrução de seis mil milhões de anos cósmicos
Graças a técnicas avançadas de lentes gravitacionais fracas, os cientistas conseguiram reconstruir a distribuição da matéria ao longo de cerca de seis mil milhões de anos da história cósmica. Este conjunto de dados, que abrange aproximadamente 150 milhões de galáxias, é tão impressionante pela sua escala quanto desafiador pela sua complexidade. As lentes gravitacionais fracas permitem mapear a distribuição da matéria (incluindo a matéria escura invisível) observando como a sua gravidade distorce a luz de galáxias mais distantes. Ao comparar esta reconstrução com o modelo cosmológico padrão (ΛCDM) e com uma versão alargada onde a energia escura evolui com o tempo, o DES encontrou uma boa concordância geral.
A tensão no modelo padrão
Apesar da concordância geral com o modelo ΛCDM, uma discrepância persistente na forma como a matéria se aglomera no Universo tem sido notada. Esta “tensão”, longe de desaparecer, é reforçada pela incorporação dos novos dados do DES e pela sua comparação com resultados de outras experiências cosmológicas. Essencialmente, as observações do DES e de outros levantamentos sugerem que o Universo atual é um pouco menos “aglomerado” do que o previsto pelo modelo padrão. Esta diferença, embora subtil, é estatisticamente significativa e levanta questões fundamentais sobre a precisão do modelo ΛCDM ou a necessidade de nova física para explicá-la. Pode indicar, por exemplo, que a energia escura não é uma constante cosmológica estática, mas sim algo que evolui, ou que a nossa compreensão da gravidade em escalas cosmológicas está incompleta. A persistência desta tensão transforma-se num poderoso motor para futuras investigações e modelos alternativos.
O Futuro da Cosmologia: Novas Respostas à Vista
Os resultados do Dark Energy Survey, longe de encerrarem o debate, abrem portas para a exploração de modelos alternativos de gravidade e energia escura. Ao fornecerem medições mais precisas e ao clarificarem as áreas onde o modelo padrão pode necessitar de ajustes, o DES prepara o terreno para o próximo grande salto observacional: o Observatório Vera C. Rubin. Este observatório, que realizará o Legacy Survey of Space and Time (LSST) nos próximos anos, promete gerar volumes de dados ainda maiores e com uma precisão sem precedentes, intensificando a busca por respostas sobre a natureza da energia escura. Conforme salienta Anna Porredon, do CIEMAT, “estamos a entrar numa era de medições cada vez mais precisas. É muito provável que, na próxima década, tenhamos respostas mais definitivas sobre o que é realmente a energia escura e como ela molda o destino do Universo”. A jornada para desvendar os segredos mais profundos do cosmos está, sem dúvida, a acelerar.
FAQ
1. O que é o Dark Energy Survey (DES)?
O Dark Energy Survey (DES) é uma colaboração científica internacional dedicada a investigar a energia escura, a matéria escura e a evolução do Universo. Utilizou a câmara DECam no telescópio Victor M. Blanco, no Chile, para mapear uma vasta região do céu e recolher dados sobre centenas de milhões de galáxias ao longo de seis anos.
2. O que é a energia escura e por que é tão importante para a cosmologia?
A energia escura é uma forma hipotética de energia que se acredita ser responsável pela expansão acelerada do Universo. Estima-se que constitua cerca de 70% da massa e energia total do cosmos. A sua natureza permanece desconhecida, tornando-a um dos maiores mistérios da física moderna e um foco central da investigação cosmológica.
3. Qual foi a principal “discrepância incómoda” revelada pelos resultados do DES?
Embora os resultados do DES reforcem o modelo cosmológico padrão (ΛCDM), eles também realçam uma persistente “tensão” na forma como a matéria se aglomera no Universo. As observações indicam que o Universo é menos aglomerado do que o previsto pelo modelo padrão, sugerindo que pode ser necessário rever o modelo ou que existe nova física para explicar este fenómeno.
4. Como as medições do DES contribuem para a nossa compreensão do Universo?
O DES forneceu as medições mais precisas até à data sobre a expansão do Universo e a distribuição da matéria escura. Ao combinar quatro métodos observacionais independentes, restringiu significativamente os modelos cosmológicos compatíveis com as observações. Estes dados são cruciais para aprimorar o modelo padrão e guiar futuras investigações, potencialmente levando à descoberta de novos fenómenos físicos.
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Fonte: https://www.tempo.pt
