Energia escura e o universo em aceleração: por que a expansão não está desacelerando

O universo em aceleração é daqueles factos que muita gente guarda pela metade das aulas de ciências: as galáxias afastam-se umas das outras, e os espaços entre elas continuam a esticar - cada vez mais depressa - como se alguma força invisível as empurrasse.

Foi por isso que um grupo de investigadores na Coreia do Sul causou alvoroço ao sugerir que os livros estavam a contar a história ao contrário. Segundo o trabalho deles, a expansão poderia estar a perder ritmo, e o “empurrão” invisível talvez nem existisse.

O universo mantém o rumo

Uma equipa internacional ampla agora acompanhou esse alerta até ao fim e concluiu que não havia crise. A expansão do cosmos continua a acelerar, a energia escura segue como a explicação mais sólida, e o suposto problema nasceu de uma interpretação equivocada.

A resposta foi liderada pelo dr. Phil Wiseman, astrofísico da Universidade de Southampton, em colaboração com investigadores de vários países.

Dois autores do novo artigo, Adam Riess e Brian Schmidt, dividiram o Prêmio Nobel de Física de 2011 por terem identificado a aceleração da expansão. A contestação à qual respondiam mirava diretamente o trabalho de uma vida.

Medindo o espaço com explosões de estrelas

Grande parte desse campo de estudo depende de um único tipo de explosão estelar. Uma anã branca - o núcleo denso e “queimado” de uma estrela morta - rouba gás de uma estrela companheira até ultrapassar um limite crítico e se destruir numa explosão.

Essas explosões, chamadas supernovas do tipo Ia, atingem quase a mesma luminosidade intrínseca.

Como a luminosidade real é conhecida, cada evento funciona como uma “vela padrão”: quanto mais fraca a supernova parece vista da Terra, mais longe ela está.

No fim dos anos 1990, duas equipas rivais alinharam essas explosões pelo céu e compararam distâncias. As supernovas mais distantes pareciam fracas demais - portanto, longe demais - para um universo que apenas continuasse a expandir sem mudança de ritmo.

A menos que algo estivesse a acelerar a expansão. Essa discrepância, apresentada num artigo que se tornou famoso, foi o primeiro sinal robusto de que o universo acelera.

Colocando uma teoria controversa à prova

O método das velas padrão só funciona se as supernovas forem consistentes ao longo do tempo cósmico. Estrelas antigas e jovens precisam explodir com brilho equivalente; caso contrário, as distâncias calculadas a partir delas ficam enviesadas.

A equipa da Coreia do Sul argumentou que essa constância falha. Na leitura deles, supernovas em galáxias mais antigas pareciam ligeiramente mais luminosas do que as que ocorrem em galáxias mais jovens, mesmo depois das correções habituais.

Como as galáxias eram mais jovens quando o universo também era jovem, esse viés aumentaria com a distância e poderia imitar um sinal de aceleração.

O estudo foi além: sugeriu que o universo em aceleração talvez já esteja a desacelerar e que a energia escura nunca existiu. Era uma afirmação ousada - e, em princípio, testável.

Um erro decisivo ao confundir idades

Ao destrinchar o método, o grupo de Wiseman encontrou o primeiro problema numa confusão de idades. A proposta tratava como se fossem o mesmo valor a idade da galáxia e a idade da estrela que explodiu dentro dela. Não são.

Uma galáxia pode ter 10 mil milhões de anos, enquanto a anã branca que acabou de explodir pode ter-se formado muito mais recentemente. A maior parte dessas explosões vem de estrelas jovens, independentemente da idade do “bairro” galáctico.

Essa diferença enfraquece a explicação sugerida. O modelo sul-coreano pressupunha que as estrelas que explodem perto de nós seriam cerca de cinco mil milhões de anos mais velhas do que as muito distantes.

Com a modelagem correta, essa diferença cai para menos de dois mil milhões de anos - um efeito criado por um registo incorreto.

Uma correção mudou o resultado

O segundo ponto era algo que a análise original simplesmente não considerou. Estudos modernos de supernovas já aplicam um ajuste associado ao tipo de galáxia hospedeira, porque explosões em galáxias maiores e mais massivas tendem a ser um pouco mais brilhantes do que as demais.

Essa correção por tamanho de galáxia é rotina, mas foi ignorada na análise feita na Coreia do Sul. Quando a equipa de Wiseman recolocou essa correção nos mesmos dados, a relação entre brilho da supernova e idade da galáxia praticamente desapareceu.

Astrónomos usam o tamanho da galáxia como um indicador por ser fácil de medir - não porque o tamanho, por si só, escureça ou ilumine a estrela. A causa física continua desconhecida, e a idade é apenas um suspeito entre vários.

O que os astrónomos realmente observaram

Havia um caminho direto para decidir a questão com observações. Se a hipótese da idade estivesse correta, a correção ligada ao tamanho da galáxia deveria ficar progressivamente mais fraca conforme os astrónomos olhassem para o universo mais antigo.

Mas não é isso que se vê. Em mais de 1,500 explosões acompanhadas pelo Levantamento de Energia Escura, a análise mais recente indica que essa correção quase não muda com a distância. O modelo baseado em idade previa o contrário.

Ao incorporar essa variação mínima nos cálculos, o resultado associado à energia escura mal se altera.

Além disso, a própria preocupação já tinha sido testada nos anos 1990, quando explosões em galáxias antigas e jovens não mostraram uma diferença de brilho com significado relevante.

A energia escura continua misteriosa

O que a equipa demonstrou é direto: a “peculiaridade” de brilho apontada pelo grupo sul-coreano existe, mas já é tratada nas análises atuais e é fraca demais para derrubar a energia escura ou inverter a expansão.

“Extraordinary claims require especially careful testing,” disse Riess.

Ele passou a carreira a submeter exatamente esse resultado a testes de stress. Com o alarme desativado, volta a questão mais difícil.

Ninguém sabe o que é a energia escura. Ela representa perto de 70 por cento do universo e pode decidir se a expansão acelerada continuará para sempre.

Novos levantamentos, como os que serão conduzidos pelo Observatório Vera C. Rubin no Chile, em breve vão trazer dados novos. Eles oferecem a oportunidade de perguntar o que é a energia escura - e não se ela existe.