O Grande Físico Russo e Prêmio Nobel Lev Landau Uma vez observou que “os cosmologistas geralmente estão errados, mas nunca em dúvida”. Ao estudar a história do próprio universo, sempre há uma likelihood de termos tudo errado, mas nunca deixamos isso atrapalhar nossas perguntas.
No mês passado, a Comunicado de imprensa anunciou descobertas inovadoras do instrumento de espectroscopia de energia escura (Desi), que é instalado no telescópio Mayall no Arizona. Esta vasta pesquisa, contendo as posições de 15 milhões de galáxias, constitui o maior mapeamento tridimensional do universo até o momento. Por contexto, a luz das galáxias mais remotas registradas no catálogo DESI foi emitida há 11 bilhões de anos, quando o universo period cerca de um quinto de sua idade atual.
Os pesquisadores da DESI estudaram uma característica na distribuição de galáxias que os astrônomos chamam “Oscilações acústicas de bariário. ” Ao compará -lo com as observações do universo e das supernovas, eles foram capazes de sugerir que a energia escura – a força misteriosa que impulsiona a expansão de nosso universo – não é constante ao longo da história do universo.
Uma visão otimista da situação é que, mais cedo ou mais tarde, a natureza da matéria escura e da energia escura será descoberta. Os primeiros vislumbres dos resultados de Desi oferecem pelo menos uma pequena lasca de esperança de conseguir isso.
O inventário cósmico: os diferentes componentes do universo derivados das observações de satélite de Planck do CMB. Imagem de Jones, Martínez e Trimble, ‘A Reinvenção da Ciência.’, CC BY-SA
No entanto, isso pode não acontecer. Podemos procurar e não avançar para entender a situação. Se isso acontecer, precisaríamos repensar não apenas nossa pesquisa, mas o Estudo da própria cosmologia. Precisamos encontrar um modelo cosmológico totalmente novo, que funcione e nosso atual, mas que também explica essa discrepância. Escusado será dizer que seria uma tarefa difícil.
Para muitos que estão interessados na ciência, essa é uma perspectiva emocionante e potencialmente revolucionária. No entanto, esse tipo de reinvenção da cosmologia e, de fato, toda a ciência, não é nova, como discutido no livro de 2023 A reinvenção da ciência.
A busca por dois números
Em 1970, Allan Sandage escreveu a artigo muito citado apontando para dois números que nos aproximam das respostas sobre a natureza da expansão cósmica. Seu objetivo period medi -los e descobrir como eles mudam com o tempo cósmico. Esses números são a constante de hubble, h₀ e o parâmetro de desaceleraçãoQ₀.
O primeiro desses dois números nos diz a rapidez com que o universo está se expandindo. O segundo é a assinatura da gravidade: como uma força atraente, a gravidade deve estar puxando contra a expansão cósmica. Alguns dados mostraram um desvio do Lei de Hubble-Lemaîtredo qual o segundo número de Sandage, Q₀, é uma medida.
Nenhum desvio significativo da linha reta de Hubble foi encontrado até que fossem feitos avanços em 1997 por Saul Perlmutter‘s Projeto de Cosmologia da Supernova e o Equipe de busca de SN Excessive-Z liderado por Adam Riess e Brian Schmidt. O objetivo desses projetos period procurar e seguir as supernovas explodindo em galáxias muito distantes.
Esses projetos encontraram um desvio claro da linha reta simples da lei de Hubble-Lemaître, mas com uma diferença importante: a expansão do universo está se acelerando, não desacelerando. Perlmutter, Riess e Schmidt atribuíram esse desvio ao Einstein’s constante cosmológicaque é representado pela letra grega lambda, λ, e está relacionada ao parâmetro de desaceleração.
O trabalho deles ganhou o Prêmio Nobel de 2011 em Física.
Energia escura: 70% do universo
Surpreendentemente, esse matéria de lambda, também conhecido como energia escura, é o componente dominante do universo. Ele tem acelerado a expansão do universo até o ponto em que a força da gravidade é substituída e representa quase 70 % da densidade whole do universo.
Sabemos pouco ou nada sobre a constante cosmológica, λ. De fato, nem sabemos que é uma constante. Einstein disse que havia um campo de energia constante quando criou seu primeiro modelo cosmológico derivado da relatividade geral em 1917, mas sua solução não estava se expandindo nem contraindo. Period estático e imutável e, portanto, o campo tinha que ser constante.
Construir modelos mais sofisticados que continham esse campo constante period uma tarefa mais fácil: eles foram derivados pelo físico belga Georges Lemaîtreum amigo de Einstein. Os modelos de cosmologia padrão hoje são baseados no trabalho de Lemaître e são chamados de matéria escura fria λ (Λcdm) modelos.
As medições DESI por conta própria são completamente consistentes com este modelo. No entanto, combinando -os com observações do fundo cósmico de microondas e Supernovaso modelo de melhor ajuste é um envolvendo uma energia escura que evoluiu ao longo do tempo cósmico e que (potencialmente) não será mais dominante no futuro. Em suma, isso significaria que a constante cosmológica não explica energia escura.
A grande crise
Em 1988, o Nobel de Física de 2019 PJE Peebles escreveu um artigo com Bharat Ratra Sobre a possibilidade de haver uma constante cosmológica que varia com o tempo. Quando eles publicaram este artigo, não havia um corpo sério de opinião sobre λ.
Esta é uma sugestão atraente. Nesse caso, a fase atual da expansão acelerada seria transitória e terminaria em algum momento no futuro. Outras fases na história cósmica tiveram um começo e um fim: inflação, a period dominada por radiação, a period dominada por matéria e assim por diante.
O domínio atual da energia escura pode, portanto, diminuir sobre o tempo cósmico, o que significa que não seria uma constante cosmológica. O novo paradigma implicaria que a expansão atual do universo poderia eventualmente reverter em um “Massive Crunch. ”
Outros cosmologistas são mais cautelosos, principalmente Carl Saganque sabiamente disse que “Reivindicações extraordinárias exigem evidências extraordinárias. ” É essential ter várias linhas de evidência independentes apontando para a mesma conclusão.
As respostas podem vir de um dos projetos em andamento de hoje – não apenas desi, mas também Euclides e J-Pas-que pretendem explorar a natureza da energia escura através do mapeamento de galáxias em larga escala.
Embora o funcionamento do próprio Cosmos esteja em debate, uma coisa é certa – um momento fascinante para a cosmologia está no horizonte.
A Licia Verde recebe financiamento do Número do Projeto AEI (Agência de Pesquisa do Estado Espanhol) PID2022-141125NB-I00 e já recebeu financiamento do Conselho de Pesquisa Europeia. Licia Verde é membro da equipe de colaboração DESI.
Vicent J. Martínez recebe financiamento da União Europeia NextGeneationEu e da Generalitat Valenciana na chamada de 2022 “Programa de planos complementares de i+d+i”, Projeto (Val-JPAs), Referência ASFAE/2022/025, Projeto de pesquisa PID2023-149420NB-I e ERDF/UE, e o Projeto de Excelência Prometeo Ciprom/2023/21 da Conselia de Educación, Universidades Y Empleo (Generalitat Valenciana). Ele é membro da Sociedade de Astronomia Espanhola, da Sociedade de Física Actual Espanhola e da Sociedade Matemática Actual Espanhola.
Bernard JT Jones e Virginia L Trimble não funcionam, consultam, possuem ações ou recebem financiamento de qualquer empresa ou organização que se beneficiaria deste artigo e não divulgou nenhuma afiliação relevante além de sua nomeação acadêmica.
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