Energia escura: estudo de supernovas traz pistas sobre expansão do universo

Em 1998, os astrofísicos descobriram que o universo está se expandindo a uma taxa acelerada, atribuída à energia escura, que compõe cerca de 70% do cosmos. A descoberta, obtida com observações de um tipo específico de estrelas em explosão, chamadas de supernovas do tipo 1a, foi reconhecida com o Prêmio Nobel de Física em 2011.

No final da década de 1990, os cientistas concordavam que a expansão do universo deveria estar desacelerando devido à gravidade. Já o novo estudo mostra que a densidade da energia escura no cosmos pode ter variado ao longo do tempo, sugerindo uma nova teoria complexa.

O DES englobou o maior número de supernovas do tipo 1a já usado para limitar a energia escura a partir de um único levantamento que investiga grandes intervalos cósmicos. Essas explosões estelares ocorrem quando uma estrela morta extremamente densa, conhecida como anã branca, atinge uma massa crítica e estoura.

O trabalho envolveu mais de 400 astrofísicos, astrônomos e cosmólogos de mais de 25 instituições. "Esses resultados, uma colaboração entre centenas de cientistas ao redor do mundo, são um testemunho do poder da cooperação e do trabalho árduo para fazer um grande progresso científico", diz em comunicado Anais Möller, pesquisadora da Universidade de Tecnologia Swinburne, na Austrália, que participou do grupo.

Os resultados do DES condizem com o modelo cosmológico padrão de um universo com expansão acelerada. No entanto, as descobertas não são definitivas o suficiente para descartar um modelo possivelmente mais complexo.

"Ainda há muito a descobrir sobre a energia escura, mas esta análise pode ser considerada como o padrão ouro na cosmologia de supernovas por um bom tempo", diz Möller, que criou o método usado no estudo para selecionar supernovas do tipo 1a usando aprendizado de máquina.

Os astrofísicos combinam a distância de cada supernova com uma medição de seu desvio para o vermelho — ou seja, o quão rapidamente cada uma está se afastando da Terra devido à expansão do universo. Com isso, eles determinam se a densidade de energia escura permaneceu constante ou mudou ao longo do tempo.

Um dos colaboradores do DES, Robert Nichol, pró-vice-reitor e reitor executivo da Universidade de Surrey, na Inglaterra, explica em artigo no site The Conversation que os cientistas usaram um parâmetro chamado "w", representativo da "equação de estado" da energia escura.

"Esse estado descreve a relação entre a pressão e a densidade de energia de uma substância. Tudo no universo tem uma equação de estado", ele explica em seu texto publicado nesta segunda-feira (8). "Seu valor informa se uma substância é semelhante a um gás, relativista (descrita pela teoria da relatividade de Einstein) ou não, ou se ela se comporta como um fluido. Calcular esse valor é o primeiro passo para realmente entender a verdadeira natureza da energia escura."

Os cientistas calcularam w = –0,80 +/- 0,18 usando apenas supernovas. Combinado com dados complementares do telescópio Planck da Agência Espacial Europeia (ESA), w atinge –1 dentro das chamadas barras de erro.

Trata-se de uma das medições mais precisas de w, segundo Nichol. "À primeira vista, esse não é o valor exato de -1 que havíamos previsto. Isso pode indicar que essa não é a constante cosmológica", ele diz em seu artigo. "No entanto, a incerteza nessa medição é grande o suficiente para permitir menos um com 5% de chance, ou seja, uma probabilidade de aposta de apenas 20 para 1. Esse nível de incerteza ainda não é bom o suficiente para dizer qualquer coisa, mas é um excelente começo."

Para chegar a uma conclusão definitiva, os especialistas precisarão de mais dados. Segundo o especialista da Universidade de Surrey, experimentos futuros com supernovas na missão Euclid da ESA (lançada em julho de 2023) e no novo Observatório Vera Rubin no Chile podem ajudar os cientistas. "Esses telescópios de última geração poderiam encontrar milhares de outras supernovas, ajudando-nos a fazer novas medições da equação de estado e lançando ainda mais luz sobre a natureza da energia escura", ele conclui.