Um dos maiores laboratórios do mundo anuncia novas descobertas sobre energia escura

A energia escura é a componente dominante do Universo sendo responsável por aproximadamente 70% de sua densidade total de energia. Ela está nos modelos cosmológicos associada com a expansão acelerada do Universo observada desde o final dos anos 1990. No modelo padrão da cosmologia (ΛCDM), a energia escura é frequentemente descrita por uma constante cosmológica que é associada a uma densidade de energia do vácuo.

Apesar de ser a maior parte do Universo, a natureza da energia escura permanece desconhecida. Não se sabe se ela corresponde de fato a uma constante cosmológica, a um campo dinâmico ou seria apenas uma modificação das leis da gravitação em grandes escalas. Por causa disso, a energia escura permanece como um dos maiores mistérios da Física moderna. Hoje em dia, diversos levantamentos observacionais focam em entender objetos e fenômenos que podem dar uma luz na compreensão da energia escura.

Resultados recentes anunciados pelo Fermilab combinaram, pela primeira vez em um único experimento, medições de lentes gravitacionais fracas e aglomerados de galáxias observados por quatro sondas. Essa abordagem integrada permite testar de forma mais rigorosa o modelo cosmológico e reduzir incertezas sistemáticas causadas pelos métodos e equipamentos. Esses observações são um passo importante para oferecer novas restrições sobre o que é e o que não é importante na compreensão da energia escura.

O que é a energia escura?

A energia escura é uma componente do Universo que foi introduzida para explicar a expansão acelerada do espaço-tempo observada em grandes escalas. A observação da expansão acelerada do Universo aconteceu na década de 1990 quando o telescópio Hubble foi lançado. Estima-se que a energia escura representa cerca de 70% da densidade total de energia do universo e atua de forma aproximadamente homogênea, exercendo um papel que contrabalança a gravidade.

Fisicamente, a energia escura não interage de maneira direta com a matéria ou a radiação, sendo detectada apenas por seus efeitos gravitacionais sobre a dinâmica em grandes escalas. Sua natureza permanece desconhecida até hoje e, por causa disso, astrônomos tentam realizar observações em grande escala para entender como a energia escura afeta a dinâmica.

DESI

O Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) é um instrumento científico projetado para realizar levantamentos espectroscópicos em larga escala de galáxias. A ideia principal do DESI é conseguir realizar observações que possibilitem mapear a estrutura do universo em três dimensões. Seu sistema óptico inclui 5.000 robôs posicionadores de fibras, capazes de alinhar simultaneamente fibras ópticas com alvos observacionais individuais.

O objetivo principal do DESI foi obter observações para reconstruir a história de expansão do universo e investigar a energia escura. Algumas das observações associadas ao DESI estão associadas com as oscilações acústicas de bárions e o crescimento de estruturas em larga escala. Ao combinar dados espectroscópicos de dezenas de milhões de objetos, o experimento encontra restrições aos parâmetros cosmológicos e testa desvios do modelo padrão ΛCDM.

Descobertas

A colaboração DESI anunciou essa semana mais alguns resultados dos levantamentos que fizeram. As novas análises combinaram medições de lentes gravitacionais fracas e aglomerado de galáxias obtidas ao longo de vários anos de observações. Ao correlacionar formas de galáxias, posições de galáxias massivas e o efeito de lentes gravitacionais, os pesquisadores encontraram informações sobre a distribuição de matéria e a amplitude do crescimento das estruturas cósmicas.

Esses resultados foram interpretados dentro do modelo cosmológico padrão e de outros modelos que explicam energia escura. O principal avanço central foi a combinação de todas as principais observações em um único experimento, incluindo estruturas em larga escala, supernovas, oscilações acústicas de bárions e aglomerados de galáxias. Essa abordagem mostrou que medições em baixos redshifts (distâncias menores), preferem uma evolução do Universo diferente daquela esperada em altos redshifts (distâncias maiores).

Como funciona?

Para investigar a energia escura, a colaboração realizou um levantamento profundo e de grande área do céu ao longo de vários anos. Esse sistema observacional foi projetado para imagear repetidamente grandes regiões do céu com alta resolução fotométrica. Isso permitiu medir posições, formas e brilhos de centenas de milhões de galáxias distantes. Essas observações produziram um mapa da distribuição de galáxias ao longo de uma fração do céu observável.

Ao medir correlações espaciais entre pares de galáxias e comparar essas separações com distorções sistemáticas, os pesquisadores conseguiram reconstruir o campo de matéria que é dominado por matéria escura. Essa reconstrução ao longo de uma grande parte da história do Universo permite acompanhar como a distribuição de matéria evoluiu no tempo. Dessa forma é possível obter informações e restrições sobre a influência da energia escura na taxa de expansão do Universo e no crescimento das estruturas em larga escala.

Referência da notícia

DESI Collaboration Dark Energy Survey scientists release new analysis of how the universe expands arXiv