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Astrofísicos continuam a lutar com questões sobre a evolução do universo. As medições frequentemente não se alinham como esperado, e telescópios revelam objetos brilhantes que aparentemente não deveriam existir.
Agora, os físicos estão propondo que a energia escura pode ser o fator que falta para explicar esse comportamento desconcertante, de acordo com descobertas detalhadas em um estudo recém-publicado.
Energia escura é uma forma teórica de energia que se acredita impulsionar a expansão acelerada do universo. Agindo como uma forma de pressão negativa, ela se opõe à gravidade, fazendo com que o universo se expanda continuamente. Cientistas estimam que a energia escura compõe mais de dois terços a quase três quartos da energia e matéria totais no universo. O físico da Universidade de Stanford Michael S. Turner introduziu o termo pela primeira vez em 1998.
Energia Escura no Amanhecer dos Tempos
A energia escura pode ter desencadeado as discrepâncias que os cientistas observam ao medir o universo. Um desses mistérios é conhecido como “tensão de Hubble”, onde as medições da taxa de expansão do universo diferem dependendo do método usado. Agora, uma equipe de físicos do MIT teoriza que uma explosão inicial de energia escura poderia ser responsável por essas inconsistências. Além disso, as observações iniciais mostram muito mais galáxias no universo do que o esperado. Os modelos da equipe sugerem que essa explosão inicial de energia escura também pode resolver esse problema.
“Você tem esses dois quebra-cabeças iminentes e abertos”, diz o coautor do estudo Rohan Naidu, um pós-doutorado no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. “Descobrimos que, de fato, a energia escura inicial é uma solução muito elegante e esparsa para dois dos problemas mais urgentes da cosmologia.”
James Webb e as origens do universo
No ano passado, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) fez uma observação fundamental que é central para a pesquisa da equipe. O JWST pode ver mais longe do que qualquer telescópio anterior, não apenas em termos de distância, mas também de volta no tempo. Ele captura luz que viajou por milhões de anos dos confins mais distantes do universo. Com base em modelos existentes de formação de galáxias, os cientistas não esperavam observar muito em distâncias tão vastas. No entanto, o JWST detectou luz de 500 milhões de anos atrás, mostrando galáxias tão grandes quanto a Via Láctea. Como isso pode ser?
“As galáxias brilhantes que o JWST viu seriam como ver um aglomerado de luzes ao redor de grandes cidades, enquanto a teoria prevê algo mais parecido com a luz ao redor de áreas rurais, como o Parque Nacional de Yellowstone”, diz o autor principal e pós-doutorado do Instituto Kavli, Xuejian (Jacob) Shen. “E não esperamos esse aglomerado de luz tão cedo.” Enquanto muitos físicos revisitaram modelos existentes, esta equipe modelou os efeitos de uma infusão precoce de energia escura.
Modelando o Universo Escuro Primitivo
Os modelos da equipe focam na estrutura do universo primitivo, com atenção particular aos halos de matéria escura. Esses halos são regiões do espaço com gravidade aumentada, que atrai matéria e leva à formação de galáxias.
“Acreditamos que os halos de matéria escura são o esqueleto invisível do universo”, explica Shen. “Estruturas de matéria escura se formam primeiro, e então galáxias se formam dentro delas. Então, esperamos que o número de galáxias brilhantes seja proporcional ao número de grandes halos de matéria escura.”
Resolvendo a tensão de Hubble
Usando os seis parâmetros cosmológicos padrão do modelo ΛCDM simples do universo, a equipe examinou a constante de Hubble e desenvolveu seu modelo Early Dark Energy (EDE). Eles teorizaram que determinar a quantidade correta de energia escura poderia resolver a tensão de Hubble. Se esses parâmetros correspondessem às observações do JWST, isso sugeriria que a energia escura desempenhou um papel crucial no universo primitivo.
“O que mostramos é que a estrutura esquelética do universo primitivo foi alterada de maneiras sutis, aumentando a amplitude das flutuações. Isso levou à formação de halos maiores de matéria escura e galáxias mais brilhantes antes do que nossos modelos mais tradicionais previram”, explica Naidu. “Isso sugere que o universo primitivo era mais abundante e aglomerado.”
“Demonstramos o potencial da energia escura inicial como uma solução unificada para dois dos maiores desafios da cosmologia. Se mais observações do JWST confirmarem essas descobertas, isso pode fornecer evidências da existência da energia escura inicial”, conclui o coautor do estudo Mark Vogelsberger. “No futuro, planejamos incorporar isso em simulações cosmológicas de larga escala para refinar ainda mais nossas previsões.”
O papel, “Galáxias primitivas e energia escura primitiva: uma solução unificada para a tensão de Hubble e os enigmas das galáxias brilhantes massivas reveladas pelo JWST”, foi publicado no Avisos mensais da Royal Astronomical Society em 13 de setembro de 2024.
Ryan Whalen cobre ciência e tecnologia para o The Debrief. Ele é bacharel em História e mestre em Biblioteconomia e Ciência da Informação com certificado em Ciência de Dados. Ele pode ser contatado em ryan@thedebrief.org.
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