O universo continua a crescer e os cientistas estão a descobrir como, com uma precisão nunca antes vista
Uma colaboração internacional analisou seis anos de dados do Dark Energy Survey e obteve as medições mais exatas até à data da expansão do Universo. Os resultados reforçam o modelo cosmológico padrão, mas mantêm em aberto uma discrepância incómoda.
Há pouco mais de cem anos, uma observação mudou para sempre a nossa compreensão do cosmos: as galáxias distantes estão a afastar-se umas das outras e, quanto mais distantes estão, maior é a sua velocidade de fuga. Essa observação marcou o nascimento do conceito de um universo em expansão. Um século mais tarde, a questão já não é saber se o Universo se está a expandir, mas porque é que se está a expandir cada vez mais depressa.
Esta questão está no centro do trabalho do Dark Energy Survey (DES), uma das colaborações cosmológicas mais ambiciosas das últimas décadas. Desde 2013, este consórcio internacional propôs-se medir com uma precisão sem precedentes os efeitos da energia escura, a misteriosa componente que, de acordo com os modelos atuais, domina o conteúdo do Universo e impulsiona a sua expansão acelerada.
Agora, o DES apresentou um novo conjunto de resultados que combinam, pela primeira vez, seis anos de observações de lentes gravitacionais ténues e da distribuição das galáxias. O estudo, que sintetiza 18 artigos científicos ainda em fase de revisão por pares, representa a análise mais completa do projeto até à data.
Quatro caminhos para a mesma questão
Um dos marcos do novo trabalho é a combinação simultânea de quatro métodos independentes para estudar a energia escura: supernovas de tipo Ia, oscilações acústicas dos bariões (BAO), aglomerados de galáxias e lentes gravitacionais ténues. Esta estratégia tinha sido prevista há 25 anos, quando o DES começou a tomar forma, mas só agora está a ser concretizada com um volume suficiente de dados.
O resultado é uma bateria de medições mais de duas vezes mais restritiva do que as obtidas em análises anteriores do próprio DES. Em termos simples, a gama de modelos cosmológicos compatíveis com as observações está a diminuir. E, pelo menos por enquanto, o Universo continua a comportar-se como previsto pelo modelo padrão.
Da surpresa de 1998 ao desafio de hoje
Durante décadas, os astrónomos assumiram que a expansão do Universo devia estar a abrandar ao longo do tempo, travada pela gravidade. Essa ideia caiu por terra em 1998, quando duas equipas independentes descobriram, a partir de supernovas distantes, que a expansão está a acelerar. Para explicar este facto, foi introduzido o conceito de energia escura, que se estima representar atualmente cerca de 70% da massa total e do conteúdo energético do cosmos.
Apesar do seu peso dominante, a energia escura continua a ser um dos maiores enigmas da física moderna. Foi precisamente para a estudar que nasceu o Dark Energy Survey, atualmente composto por mais de 400 cientistas de 35 instituições de sete países, sob a liderança do Fermi National Laboratory, nos Estados Unidos.
Um censo profundo do céu meridional
Entre 2013 e 2019, o DES realizou um mapeamento profundo de um oitavo do céu utilizando a câmara DECam, um instrumento de 570 megapixéis montado no telescópio Blanco de 4 metros no Observatório de Cerro Tololo, no Chile. Em 758 noites de observação, foram recolhidos dados sobre 669 milhões de galáxias, algumas situadas a milhares de milhões de anos-luz de distância.
As instituições espanholas estiveram envolvidas desde o início do projeto, desempenhando um papel fundamental tanto no desenvolvimento da instrumentação como na análise científica subsequente.
De acordo com Giulia Giannini, investigadora do ICE-CSIC, a nova análise levou esta calibração da distância “a um nível de precisão sem precedentes”, permitindo que as observações sejam associadas com maior confiança à física de fundo da energia escura.
Seis mil milhões de anos em reconstrução
Graças a técnicas avançadas de lentes gravitacionais fracas, os cientistas conseguiram reconstruir a distribuição da matéria ao longo de cerca de 6 mil milhões de anos de história cósmica. O conjunto de dados inclui cerca de 150 milhões de galáxias, um número que tem tanto de impressionante como de desafiante.
Comparando os resultados com o modelo cosmológico padrão (ΛCDM) e com uma versão alargada em que a energia escura evolui com o tempo, o DES encontrou uma boa concordância geral com ambos. No entanto, persiste uma discrepância na forma como a matéria se aglomera no universo, uma tensão que não só não desaparece, como é reforçada pela incorporação de novos dados e pela sua comparação com outras experiências.
O caminho para novas respostas
Longe de encerrar o debate, estes resultados abrem a porta à exploração de modelos alternativos de gravidade e energia escura. Também preparam o caminho para o próximo grande salto observacional: o Observatório Vera C. Rubin. O Observatório Vera C. Rubin, que irá efetuar o Legacy Survey of Space and Time (LSST) nos próximos anos.
“Estamos a entrar numa era de medições cada vez mais precisas”, resume Anna Porredon, do CIEMAT. "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.