O mistério da expansão do Universo está cada vez mais confuso

Uma discrepância importante nas medições da aceleração do Universo tem feito teóricos se perguntarem se entendemos errado algo fundamental em sua história.

Atualmente, um mistério cosmológico inexplicado é a “tensão de Hubble”, em que várias medições da expansão do universo parecem não bater. À medida que a história em torno dessa tensão se torna mais obscura, outros começaram a apresentar novas idéias na tentativa de explicá-la.

• Cientistas estão tendo dificuldades para determinar a velocidade da expansão do universo

“Além do [bóson de] Higgs, não descobrimos nada de novo”, disse o físico Anže Slosar, do Brookhaven National Laboratory, ao Gizmodo. “Qualquer tipo de nova tensão é excitante. Queremos ver onde a nova física aparecerá. ”

O universo está se expandindo; o espaço entre as galáxias está crescendo. Uma constante com o nome do astrônomo Edwin Hubble descreve a rapidez com que essa expansão ocorre.

Os cientistas agora têm vários métodos para determinar o valor da constante de Hubble, mas esses métodos produziram dois valores que não coincidem. Para alguns métodos, que usam a luz de supernovas e estrelas pulsantes chamadas cefeidas para determinar sua distância variável, parece que os objetos se afastam da Terra 73 quilômetros por segundo mais rápido a cada 3,26 milhões de anos-luz adicionais, distância também chamada de megaparsec. Para outros métodos de medição, que dependem da radiação eletromagnética que nos chega do universo primordial chamada de fundo cósmico de microondas, o valor é de cerca de 67 quilômetros por segundo por megaparsec.

Erros experimentais por si só não parecem explicar os valores discrepantes. As tentativas de explicar a diferença sem novas teorias físicas parecem não resistir ao escrutínio. Mesmo assim, a diferença entre os valores não está no nível “cinco-sigma” de precisão experimental necessária para dizer que os valores são realmente discrepantes.

Mas a história ficou ainda mais obscura. Mais recentemente, um novo resultado dos cientistas que executam a Dark Energy Survey (pesquisa de energia escura, em tradução livre) tem enrolado ainda mais as coisas. Usando medições de supernovas, eles chegaram a uma constante de Hubble de 67,7 quilômetros por segundo por megaparsec, mais próxima da medição do universo inicial.

Você poderia pensar que essa nova medida, que diminui a diferença entre as duas medições anteriores, reduziria o interesse pelo problema, mas isso não aconteceu.

Duas equipes independentes de físicos teóricos publicaram artigos abordando essa tensão logo após o resultado do DES ser lançado. Ambos propõem ajustes para nossa compreensão da história inicial do universo. Um artigo reduz a tensão entre os dois valores, modificando o início e o fim do período de recombinação — a era de algumas centenas de milhares de anos após o Big Bang, quando os primeiros átomos de hidrogênio neutros começaram a se formar. Outro introduz a “energia escura primitiva”, uma força que se encarregou de afastar o Universo durante um período anterior e, desde então, se desligou.

Os físicos já acreditam que há duas fases do universo em expansão — uma logo após o Big Bang, quando se expandiu rapidamente, chamada inflação, e a era atual. “O que estamos dizendo é que algo semelhante poderia ter acontecido em outro momento na história do universo”, disse Vivian Poulin, da Universidade Johns Hopkins, ao Gizmodo.

Ambas as ideias ainda estão engatinhando — elas foram publicadas apenas no servidor de pré-publicação de artigos de física do arXiv, o que significa que não foram avaliadas por uma revisão de pares. Além disso, ambos os artigos saíram pouco tempo antes do resultado do DES para citá-lo — e se esse trabalho demorar, a teorização pode ser em vão.

Matt Buckley, um físico da Rutgers que não estava envolvido em nenhum dos dois artigos, não achava que o resultado do DES devesse causar um interesse menor na tensão, e pensou que grupos como os de Poulin e o de Slosar estavam certamente fazendo as perguntas certas. Mas ele mencionou que qualquer nova teoria deve encaixar todos os dados existentes.

A nova física pode certamente ser a maneira mais interessante de resolver a tensão, mas em breve haverá outras novas maneiras de medir a constante de Hubble, independente da “escada de distância” que mede objetos mais próximos e das aferições de radiação mais distantes. Talvez as ondas gravitacionais, pequenas ondulações no espaço-tempo que viajam à velocidade da luz e resultem de eventos caóticos como colisões de buracos negros, possam oferecer uma solução. Os cientistas comparariam a luz que emana das estrelas de nêutrons em colisão e suas ondas gravitacionais. Eles, inclusive, já determinaram uma estimativa da constante de Hubble usando este método. Medições confiáveis desse valor usando estrelas de nêutrons em colisão devem chegar daqui a provavelmente uma década ou mais.

Até lá, a tensão de Hubble continuará a ser objeto de observação e continuará a atormentar os físicos teóricos.

“Está ficando cada vez mais interessante do ponto de vista da teoria, para ver se há explicações simples para a tensão”, disse Poulin. “O interesse está relacionado a quão bons os experimentos se tornaram hoje em dia, e as pessoas estão levando isso mais a sério com o passar do tempo.”

[arXiv 1, 2, 3]