Energia escura pode ser medida através do estudo da nossa galáxia vizinha

Os investigadores descobriram uma nova forma de medir a energia escura – a força misteriosa que constitui mais de dois-terços do Universo e é responsável pela sua expansão acelerada – no nosso próprio quintal cósmico.

Os investigadores da Universidade de Cambridge descobriram que pode ser possível detetar e medir a energia escura estudando a Galáxia de Andrómeda, a nossa vizinha que está em rota de colisão lenta com a Via Láctea.

Desde que foi identificada pela primeira vez no final dos anos 90 que os cientistas têm usado galáxias muito distantes para estudar a energia escura, mas ainda não a conseguiram detetar diretamente. No entanto, os investigadores de Cambridge descobriram que, ao estudar a forma como Andrómeda e a Via Láctea se movem uma em direção à outra, tendo em conta a sua massa coletiva, podiam estabelecer um limite superior para o valor da constante cosmológica, que é o modelo mais simples da energia escura. O limite superior que encontraram é cinco vezes superior ao valor da constante cosmológica que pode ser detetado no Universo primitivo.

Embora a técnica esteja ainda numa fase inicial de desenvolvimento, os investigadores afirmam que poderá ser possível detetar a energia escura através do estudo da nossa própria vizinhança cósmica. Os resultados foram apresentados na revista The Astrophysical Journal Letters.

Tudo o que podemos ver no nosso mundo e nos céus – desde pequenos insetos a galáxias gigantescas – constitui apenas cinco por cento do Universo observável. O resto é escuro: os cientistas pensam que cerca de 27% do Universo é constituído por matéria escura, que mantém os objetos unidos, enquanto 68% é energia escura, que afasta os objetos.

“A energia escura é um nome genérico para uma família de modelos que se podem acrescentar à teoria da gravidade de Einstein”, disse o primeiro autor, David Benisty, do Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica. “A versão mais simples deste modelo é conhecida como a constante cosmológica: uma densidade de energia constante que afasta as galáxias umas das outras”.

A constante cosmológica foi temporariamente acrescentada por Einstein à sua teoria da relatividade geral. Entre as décadas de 1930 e 1990, a constante cosmológica foi fixada em zero, até se descobrir que uma força desconhecida – a energia escura – estava a provocar a aceleração da expansão do Universo. No entanto, há pelo menos dois grandes problemas com a energia escura: não sabemos exatamente o que é e não a detetámos diretamente.

Desde que foi identificada pela primeira vez, os astrónomos desenvolveram uma variedade de métodos para detetar a energia escura, a maioria dos quais envolve o estudo de objetos do Universo primitivo e a medição da rapidez com que se afastam de nós. Desvendar os efeitos da energia escura de há milhares de milhões de anos não é fácil: uma vez que se trata de uma força fraca entre galáxias, a energia escura é facilmente ultrapassada pelas forças muito mais fortes no interior das galáxias.

No entanto, há uma região do Universo que é surpreendentemente sensível à energia escura e que se situa no nosso próprio quintal cósmico. A Galáxia de Andrómeda é a [grande galáxia] mais próxima da nossa Via Láctea, e as duas galáxias estão em rota de colisão. À medida que se aproximam, as duas galáxias começam a orbitar-se uma à outra – muito lentamente. Uma única órbita demorará 20 mil milhões de anos. No entanto, devido às enormes forças gravitacionais, muito antes de uma única órbita estar completa, daqui a cerca de cinco mil milhões de anos, as duas galáxias começarão a fundir-se e a cair uma na outra.

“Andrómeda é a única [grande] galáxia que não está a fugir de nós, por isso, ao estudar a sua massa e movimento, poderemos ser capazes de fazer algumas determinações sobre a constante cosmológica e sobre a energia escura”, disse Benisty, que é também investigador associado no Queens’ College.

Usando uma série de simulações baseadas nas melhores estimativas disponíveis da massa de ambas as galáxias, Benisty e os seus coautores – a professora Anne Davis Departamento de Matemática Aplicada e Física Teórica e o professor Wyn Evans do Instituto de Astronomia – descobriram que a energia escura está a afetar a forma como Andrómeda e a Via Láctea se orbitam uma à outra.

“A energia escura afeta todos os pares de galáxias: a gravidade quer aproximar as galáxias, enquanto a energia escura as afasta”, disse Benisty. “No nosso modelo, se alterarmos o valor da constante cosmológica, podemos ver como isso altera a órbita das duas galáxias. Com base na sua massa, podemos estabelecer um limite superior para a constante cosmológica, que é cerca de cinco vezes superior ao que podemos medir no resto do Universo”.

Os investigadores afirmam que, embora a técnica possa revelar-se extremamente valiosa, não é ainda uma deteção direta da energia escura. Os dados do Telescópio James Webb fornecerão medições muito mais exatas da massa e do movimento de Andrómeda, o que poderá ajudar a reduzir os limites superiores da constante cosmológica.

Além disso, ao estudar outros pares de galáxias, poderá ser possível aperfeiçoar ainda mais a técnica e determinar de que forma a energia escura afeta o nosso Universo. “A energia escura é um dos maiores enigmas da cosmologia”, disse Benisty. “É possível que os seus efeitos variem com a distância e o tempo, mas esperamos que esta técnica possa ajudar a desvendar o mistério.”

// Universidade de Cambridge (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (The Astrophysical Journal Letters)
// Artigo científico (arXiv.org)

Saiba mais:

Galáxia de Andrómeda (M31):
SEDS
Wikipedia

Energia escura:
Wikipedia

Universo:
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
“Escada” de distâncias cósmicas (Wikipedia)