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Há mais de um quarto de século, os astrofísicos que observavam supernovas distantes fizeram uma descoberta inesperada: a taxa de expansão do Universo parecia estar a acelerar.
Agora, os cientistas questionam se as leis conhecidas da física podem explicar este fenómeno, uma questão que deixa aberta a possibilidade de que as descobertas inovadoras de Einstein sobre a física do nosso universo possam ter sido incompletas.
Pesquisa recente por cientistas das universidades de Genebra (UNIGE) e Toulouse III – Paul Sabatier poderia apresentar novos desafios à relatividade geral de Einstein, com base na sua análise de dados do Dark Energy Survey que aponta para discrepâncias entre as previsões do físico e a nossa compreensão contínua do universo cósmico. história.
A equipe relata esses desvios sutis entre essas concepções do cosmos em um novo artigo, publicado em Comunicações da Natureza, o que implica que a relatividade geral – a referência de longa data no que diz respeito às teorias sobre a física do nosso universo – pode simplesmente ser incapaz de explicar todos os comportamentos que os astrofísicos observam no nosso universo em escalas maiores.
Desafiando a Relatividade Geral de Einstein
De acordo com a teoria marcante de Einstein, a influência exercida por objetos massivos distorce o espaço e o tempo, produzindo o que é conhecido como poços gravitacionais que produzem um efeito conhecido como lente gravitacional. Confirmado pela primeira vez em 1919 durante observações de um eclipse solar, este efeito tem sido indispensável para os astrofísicos nos seus estudos do universo.
Em pesquisas mais recentes, os físicos procuraram determinar se as equações de Einstein são consistentes com observações envolvendo alguns dos físicos mais extremos do nosso universo. No seu estudo recente, a equipa de investigação da UNIGE e Toulouse III utilizou dados do Dark Energy Survey e do seu mapeamento detalhado de centenas de milhões de galáxias, que fornece dados sem precedentes sobre a expansão acelerada do nosso Universo.
No entanto, na sua investigação recente, a equipa mediu mais do que apenas a distribuição da matéria, concentrando os seus estudos na distorção do tempo e do espaço para testar as teorias de Einstein.
“Até agora, os dados do Dark Energy Survey têm sido usados para medir a distribuição da matéria no Universo”, disse Camille Bonvin, professora associada do Departamento de Física Teórica da UNIGE. “No nosso estudo, utilizámos estes dados para medir diretamente a distorção do tempo e do espaço, permitindo-nos comparar as nossas descobertas com as previsões de Einstein.”
O que eles descobriram foi surpreendente. A descoberta pode não só levantar novos desafios para a relatividade geral de Einstein e as suas previsões, mas também pode apontar para a possibilidade de uma física actualmente desconhecida estar em acção.
Uma discrepância sutil
Numa análise que abrange mais de 100 milhões de galáxias, a equipa explorou como os poços gravitacionais evoluíram ao longo de quatro períodos de tempo de aproximadamente 3,5 mil milhões, 5 mil milhões, 6 mil milhões e 7 mil milhões de anos atrás. O resultado revelou que, embora as profundidades dos poços gravitacionais correspondessem bem às previsões de Einstein no que diz respeito aos poços anteriores (aqueles que datam de 6 e 7 mil milhões de anos atrás), os poços mais recentes pareciam muito mais rasos do que o esperado.
“Descobrimos que no passado distante – 6 e 7 mil milhões de anos atrás – a profundidade dos poços alinha-se bem com as previsões de Einstein”, disse Isaac Tutusaus, astrónomo assistente do Instituto de Investigação em Astrofísica e Planetologia (IRAP/OMP) no Université Toulouse III – Paul Sabatier e principal autor de um novo estudo que detalha as descobertas da equipe.
“No entanto, mais perto de hoje, há 3,5 e 5 mil milhões de anos, são ligeiramente mais superficiais do que o previsto por Einstein”, acrescentou Tutusaus.
Uma descoberta intrigante foi que esta profundidade menor parece coincidir com o período em que a aceleração do Universo parece ter começado. Com base nisto, a equipa especula que ambos os fenómenos – expansão acelerada e taxa de crescimento mais lenta dos poços gravitacionais – poderiam ter uma explicação comum, embora controversa: pode ser que a gravidade se comporte de forma diferente em escalas maiores do que a famosa teoria de Einstein previa.
Repensando a Gravidade
“Na linguagem da física, tal limiar de incompatibilidade desperta nosso interesse e exige mais investigações”, disse Nastassia Grimm, pesquisadora de pós-doutorado na UNIGE.
No entanto, Grimm e a equipa observam que a discrepância de 3 sigma que observaram não refuta necessariamente a teoria de Einstein. Na verdade, seria necessário um limiar de 5 sigma para desafiar definitivamente as equações de Einstein e, embora as novas descobertas sejam intrigantes, atualmente apenas apontam para novas possibilidades e não necessariamente alteram as previsões do famoso físico de há mais de um século.
Por enquanto, a equipe pretende obter medições mais precisas, o que será essencial para ajudar a desvendar o que pode explicar as discrepâncias observadas. No futuro, a análise de dados do telescópio espacial Euclides, que promete observações mais precisas de lentes gravitacionais no seu levantamento de 1,5 mil milhões de galáxias ao longo dos próximos seis anos, fornecerá uma visão sem paralelo das distorções espaço-temporais e, possivelmente, novas observações que alarguem o limites da nossa compreensão de fenômenos como a gravidade e a dinâmica do nosso universo.
O novo artigo“Medição da evolução do potencial de Weyl desde os primeiros três anos de dados de pesquisa de energia escura”, de Isaac Tutusaus, Camille Bonvin e Nastassia Grimm, foi publicado em Comunicações da Natureza em 11 de novembro de 2024.
Micah Hanks é o editor-chefe e cofundador do The Debrief. Ele pode ser contatado por e-mail em micah@thedebrief.org. Acompanhe seu trabalho em micahhanks.com e em X: @MicahHanks.
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