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Porque é que a expansão do nosso Universo está a acelerar? Vinte e cinco anos após a sua descoberta, este fenómeno continua a ser um dos maiores mistérios científicos. Para o resolver, é necessário testar as leis fundamentais da física, incluindo a relatividade geral de Albert Einstein. Uma equipa das universidades de Genebra (UNIGE) e de Toulouse III – Paul Sabatier comparou as previsões de Einstein com os dados do DES (Dark Energy Survey). Os cientistas descobriram uma ligeira discrepância que varia consoante os diferentes períodos da história cósmica. Estes resultados, publicados na revista Nature Communications, põem em causa a validade das teorias de Einstein para explicar os fenómenos que ocorrem para além do nosso Sistema Solar a uma escala universal.
Segundo a teoria de Albert Einstein, o Universo é deformado pela matéria como uma grande folha flexível. Estas deformações, causadas pela gravidade dos corpos celestes, são designadas por “poços gravitacionais”. Quando a luz passa por esta estrutura irregular, a sua trajetória é curvada por estes poços, à semelhança do efeito de uma lente de vidro. No entanto, neste caso, é a gravidade, e não o vidro, que curva a luz. Este fenómeno é conhecido como “lente gravitacional”.
A sua observação permite conhecer os componentes, a história e a expansão do Universo. A sua primeira medição, efetuada durante um eclipse solar em 1919, confirmou a teoria de Einstein, que previa uma deflexão da luz duas vezes maior do que a prevista por Isaac Newton. Esta diferença resulta da introdução, por Einstein, de um novo elemento fundamental: a deformação do tempo, para além da deformação do espaço, para obter a curvatura exata da luz.
Teoria vs. Dados
Serão estas equações ainda válidas no limite do Universo? Esta questão está a ser explorada por muitos cientistas que procuram quantificar a densidade da matéria no cosmos e compreender a aceleração da sua expansão. Utilizando dados do DES (Dark Energy Survey) – um projeto que mapeia as formas de centenas de milhões de galáxias – uma equipa das universidades de Genebra (UNIGE) e de Toulouse III – Paul Sabatier está a fornecer novas informações.
“Até agora, os dados do Dark Energy Survey têm sido utilizados para medir a distribuição da matéria no Universo. No nosso estudo, utilizámos estes dados para medir diretamente a distorção do tempo e do espaço, o que nos permite comparar os nossos resultados com as previsões de Einstein”, afirma Camille Bonvin, professora associada do Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE, que liderou a investigação.
Uma ligeira discrepância
Os dados do DES permitem aos cientistas olhar para as profundezas do espaço e, por conseguinte, para o passado. A equipa franco-suíça analisou 100 milhões de galáxias em quatro momentos diferentes da história do Universo: há 3,5, 5, 6 e 7 mil milhões de anos atrás. Estas medições revelaram como os poços gravitacionais evoluíram ao longo do tempo, cobrindo mais de metade da história do cosmos.
“Descobrimos que no passado distante – há 6 e 7 mil milhões de anos – a profundidade dos poços está bem alinhada com as previsões de Einstein. No entanto, mais perto de hoje, há 3,5 e 5 mil milhões de anos, são ligeiramente mais ‘rasos’ do que o previsto por Einstein”, revela Isaac Tutusaus, astrónomo assistente no IRAP/OMP (Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie/Observatoire Midi-Pyrénées) da Universidade de Toulouse III – Paul Sabatier e principal autor do estudo.
É também durante este período, mais próximo do atual, que a expansão do Universo começou a acelerar. Por conseguinte, a resposta a dois fenómenos – a aceleração do Universo e o crescimento mais lento dos poços gravitacionais – pode ser a mesma: a gravidade pode funcionar sob leis físicas diferentes, a grandes escalas, das previstas por Einstein.
Desafiando Einstein?
“Os nossos resultados mostram que as previsões de Einstein têm uma incompatibilidade de 3 sigma com as medições. Na linguagem da física, um tal limiar de incompatibilidade desperta o nosso interesse e exige mais investigações. Mas esta incompatibilidade não é suficientemente grande, nesta fase, para invalidar a teoria de Einstein. Para isso, seria necessário atingir um limiar de 5 sigma. Por isso, é essencial ter medições mais precisas para confirmar ou refutar estes primeiros resultados e descobrir se esta teoria continua a ser válida no nosso Universo, a distâncias muito grandes”, sublinha Nastassia Grimm, investigadora de pós-doutoramento no Departamento de Física Teórica da UNIGE e coautora do estudo.
A equipa prepara-se para analisar novos dados do telescópio espacial Euclid, lançado há um ano. Como o Euclid observa o Universo a partir do espaço, as suas medições de lentes gravitacionais serão significativamente mais precisas. Além disso, espera-se que observe cerca de 1,5 mil milhões de galáxias durante os seis anos da sua missão. Isto permitirá medições mais exatas das distorções do espaço-tempo, permitindo-nos olhar mais para trás no tempo e, em última análise, testar as equações de Einstein.
// Universidade de Genebra (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (Nature Communications)
Saiba mais:
Teoria da Relatividade Geral:
Wikipedia
Introdução à Relatividade Geral (Wikipedia)
Lentes gravitacionais:
Wikipedia
Universo:
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Lei de Hubble (Wikipedia)
Determinando a constante de Hubble (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)
3 sigma? 5 sigma?
CERN
DES (Dark Energy Survey):
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Wikipedia
