Por que o Universo está se expandindo? Físicos encontram outra possível resposta

O Universo está em constante expansão desde o Big Bang há cerca de 13,8 bilhões de anos. No entanto, um fato curioso é que alguns bilhões de anos atrás, o Universo passou a se expandir aceleradamente. Nós observamos que as galáxias se afastam, só que elas não estão se movendo sozinhas pelo espaço, o próprio espaço entre elas está se esticando.

A teoria da relatividade geral de Einstein tem um papel importante para compreender como o espaço-tempo se comporta. Para explicar essa expansão acelerada do espaço-tempo, foi necessário adicionar um parâmetro nas equações que é associado ao conceito de energia escura. Essa energia escura representa cerca de 70% do Universo e seria responsável por essa "pressão negativa" que causa a expansão do Universo.

Um artigo publicado no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics propôs uma nova explicação para a expansão do Universo. Os físicos usaram modelo conhecido como modelo de Finsler que generaliza a descrição tradicional da relatividade geral. Nessa nova explicação, a expansão não seria causada pela energia escura, já que as equações de Finsler poderiam reproduzir a aceleração observada sem necessidade de mais componentes.

Expansão do Universo

A primeira expansão acelerada do Universo aconteceu na época chamada de inflação, que foi alguns momentos após o Big Bang. A segunda expansão acelerada teve início há alguns bilhões de anos e se mantém até hoje. É importante notar que o Universo sempre esteve em expansão, mas o que mudou foi ela ficar acelerada. O motivo para essa aceleração é atribuída ao conceito de energia escura.

A constante cosmológica é a componente dentro das equações de Einstein que está relacionada com a energia escura e a taxa de expansão. A relatividade geral é responsável por descrever como o espaço-tempo se comporta. Ela permite soluções onde o espaço-tempo se expande ou contrai dependendo da densidade de massa e energia que está presente em uma região ou até no Universo como um todo.

Equações de Friedmann

As equações de Friedmann são um conjunto de equações que vem da teoria da relatividade geral de Einstein. Elas são responsáveis por justamente descrever como o Universo está se expandindo e como se expande ao longo do tempo. Elas foram introduzidas pelo físico Alexander Friedmann em 1922. Essas equações mostram que o comportamento do Universo depende do equilíbrio entre a gravidade e a energia.

Essas equações são as bases para o modelo cosmológico padrão que é chamado de modelo ΛCDM. O modelo ΛCDM é conhecido por ser o modelo que descreve o Big Bang e também por descrever a matéria escura e energia escura. A partir das equações de Friedmann é possível determinar a idade do Universo, prever sua evolução e estudar o futuro do Universo.

Modelo de Finsler

As equações da relatividade geral e as equações de Friedmann usam a geometria chamada de geometria de Riemann. A geometria de Riemann é responsável por descrever essas equações em superfícies curvas. Há também a geometria Finsler ou variedade de Finsler que dá origem a um modelo chamado de modelo de gravidade de Finsler que é uma extensão da teoria da relatividade geral.

Na variedade de Finsler, as propriedades do espaço não dependem apenas da posição, mas também da direção do movimento. Isso torna o modelo mais flexível e lida com situações onde a isotropia e homogeneidade do Universo podem não valer. A gravidade de Finsler generaliza as equações de Einstein, introduzindo termos adicionais que modificam a curvatura e o comportamento do espaço-tempo.

Nova descoberta

Físicos desenvolveram uma nova formulação chamada modelo de Finsler-Friedmann que foi publicada no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. Essa abordagem permite uma descrição da gravidade em sistemas com gases e matéria distribuída de forma complexa. Parte do trabalho foi entender como a geometria Finsler atua dentro das equações de Friedmann e quais propriedades surgem.

Os pesquisadores descobriram que usando equações de Finsler-Friedmann é possível descrever a expansão acelerada do Universo mesmo no vácuo. Em outras palavras, seria possível que o espaço-tempo consiga se expandir de forma acelerada sem necessidade de introduzir o conceito de energia escura. Essa descoberta sugere que a aceleração pode ser consequência direta da estrutura geométrica do espaço-tempo.

Referência da notícia

Pfeifer et al. 2025 From kinetic gases to an exponentially expanding universe—the Finsler-Friedmann equation Journal of Cosmology and Astroparticle Physics