Energia Escura… (o Vácuo Contra-Ataca!)

“Na gravidade quântica, o universo pode surgir espontaneamente, não precisando estar vazio…Pode conter matéria e radiação, desde que sua energia total, incluindo a ‘energia negativa’ associada ao ‘vácuo (contrabalanceando a energia positiva da matéria) seja zero…Assim, a criação de universos a partir do ‘nada’…por meio de sua instabilidade, se torna possível, bem como necessária.” (Laurence Kraus – ‘A Universe from Nothing’)

[View of a cluster of galaxies spread along a dark matter filament (Photo: SDSS-III)] http://www.gizmag.com/sdss-iii-boss-universe-map/23661/

Aglomerado de protogaláxias espalhadas ao longo de um filamento de matéria escura (Photo: SDSS-III)]

Quando Einstein…em 1917…propôs a ‘constante cosmológica‘ Λ… na construção do primeiro modelo embrionário de sua teoria gravitacional, o fez para possibilitar a forma como era imaginado o universo no início do século XX – estático. A expansão cósmica ainda não fora descoberta… – e seus cálculos corretamente indicavam que um universo com matéria não poderia se estabilizar – sem a adição matemática de uma constante Λ.

O efeito era equivalente a preencher o universo com um  primitivo ‘mar de energia negativa‘, sobre o qual estrelas e nebulosas flutuavam à deriva… – A descoberta da expansão…a seguir…evitou a necessidade — para sua teoria — de tal adição ‘ad hoc’.

Curiosamente… nas décadas seguintes…em um esforço para explicar todos os fenômenos astronômicos desconhecidos que periodicamente apareciam, a constante cosmológica era reciclada. Estas ressurgências, no entanto…eram sempre de curta duração – após uma inspeção mais detalhada, ou observações posteriores, explicações mais razoáveis surgiam.

Porém, ao final dos anos 1960, desenvolvimentos na ‘física de partículas sugeriam que…inevitavelmente…a energia de vácuo de todas as partículas e campos deveria gerar um termo como Λ. Além disso, uma fase de transição nos primeiros segundos após o Big Bang, teria…uniformemente…agido como uma ‘constante cosmológica.

Por outro lado, a teoria inflacionária, desenvolvida em 1980 por Alan Guth postulou que o universo primordial havia passado por um breve período expansionista…acelerado exponencialmente por uma pressão negativa vinda de uma nova partícula…chamada inflaton (ao invés de Λ). – E, com efeito…desde então a ‘inflação tem-se revelado um estrondoso sucesso, resolvendo vários paradoxos associados ao modelo ‘Big Bang’ – tais como os problemas de horizonte e planitudeestando suas previsões ‘plenamente de acordo’ com medições de estrutura em larga escala, e com a ‘radiação cósmica de fundo’.

Além disso…a inflação também prevê que um padrão característico (de longo alcance) das ondas gravitacionais teria sido criado no início do universo. Estas ondas seriam, literalmente, grávitons – partículas hipotéticas que transportam a ‘força gravitacional’A deteção dessas ‘ondas gravitacionais‘ propiciaria uma assinatura única da inflação.

Por sua vez…a necessidade de se considerar a ‘densidade do universo’… como sendo a densidade crítica, surgiu no início dos anos 90, com precisas medições do fundo de microondas do universo … as quais confirmavam as predições da ‘teoria inflacionária, evidenciando que o universo é realmente plano… (Dessa forma… – como nem toda a matéria existente no universo é suficiente para alcançar a densidade crítica… se torna necessária uma outra forma de completar sua parte faltante.)

Estando energia e massa intimamente ligadas pela relação E=mc², de acordo com a teoria de Einstein — os físicos foram levados à ideia de que esta massa faltante poderia estar sob a forma de energia – a qual, por ser desconhecida…foi denominada ‘energia escura (a parte que faltava… – para se chegar à “densidade crítica” do universo).

aceleração redshift

Outra evidência… – que levou à suspeita da existência de um “novo tipo de energia” no universo, surgiu em 1998, quando 2 grupos independentes – ‘Supernova Cosmology Project e, o ‘High-z Supernova Search Team, se organizaram — para tentar obter medições das distâncias observacionais … e redshifts das supernovas tipo 1 e assim  confirmar que a ‘expansão cósmica’… havia sido retardada pela ‘ação gravitacional’… – como era de se esperar.

Os resultados (Figura ao lado), com base em cerca de 100 supernovas 1a … – com desvios próximos a (1) …  —  surpreenderam a todos. Supernovas com alto redshift (z)… surgiram  mais fracas, ou seja, mais distantes do que o esperado … num universo em desaceleração.

Assim… descobriu-se que a expansão do universo está acelerando e o único agente capaz de causar esta aceleração seria uma ‘pseudo-energia‘.

Lei de Hubble

expansão cósmicademonstrada por Edwin Hubble em 1929… é, talvez – a mais marcante característica do nosso universo, espalhando…cada vez mais, sua estrutura em larga escala, em todas as direções… Como resultado, a luz emitida por estrelas e gases de distantes galáxias tem sido, do mesmo modo, esticada para comprimentos de onda mais longos durante sua jornada até a Terra…

Este deslocamento … — é o desvio para o vermelho                                         (‘redshift’) no comprimento de onda da luz emitida.

À medida que a luz das explosões mais distantes viaja em direção à Terra, ela se distende devido à expansão do universo – e isso faz com que se pareça vermelha. Este fenômeno é conhecido como ‘desvio para o vermelho e, quanto maior … mais longa terá sido a viagem da luz… e mais distante no tempo a explosão da supernova.

Esta transição é vista em galáxias distantes…mas o redshift apenas descreve a mudança de escala no cosmos – ele não nos dá a distância do objeto… ou a idade do universo – quando sua luz foi emitida…Se soubéssemos – tanto a distância … quanto o redshift – para muitos objetos, poderíamos então, começar a deduzir a ‘expansão cósmica‘.

Para este fim – um dos principais métodos de medir distâncias extragaláticas é utilizar como ‘velas padrão as estrelas variáveis cefeidas, cuja luminosidade, periodicamente varia com o tempo, da seguinte forma… A partir da medição de seu período obtém-se a luminosidade (magnitude absoluta) de uma ‘Cefeida’… para, em seguida…comparando   com sua intensidade observada (brilho) – determinarmos sua distância.

Dessa forma, redshifts e distâncias de objetos em movimento no “fluxo de Hubble” (região de influência gravitacional além do nosso grupo local de galáxias) têm sido estabelecidos e padronizados, na seguinte relação: 

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lei de Hubbled=(c.z)/Ho, onde (c) é a velocidade de luz; z, corresponde à razão entre a diferença do desvio observado e… o comprimento original da luz emitida; e Ho = 72 ± 8 km /segundo, por megaparsec é a “constante de Hubble” (1 Mpc = 3,26 milhões de anos-luz…).

Antes de 1998… esta relação linear entre a distância e o redshift estava confirmada para galáxias…tão distantes quanto cerca de 1000 Mpc – o que corresponde a um redshift de 0,24; sendo a extensão para redshifts mais altos, precariamente determinada.

Neste caso, através de suposições sobre os conteúdos de pressão e densidade de energia   do universo, a relatividade geral poderia ser usada conectando redshifts com distâncias.   Contudo, a medição precisa de distâncias é uma das tarefas mais difíceis da astronomia,     e a relação distância/redshift não se verificava para desvios mais elevados.

Velas padrão                                                                                                                               Embora as Cefeidas se revelassem, por muitos anos, extremamente úteis em astronomia como velas padrão, não são brilhantes o suficiente para serem usadas em altos redshifts.

Esperava-se que,  sob a influência da ‘atração gravitacional’… a expansão do Universo estivesse desacelerando…mas isto, observacionalmente, não se confirmou; muito pelo contrário… – O estudo sobre supernovas em 1998, permitiu que a energia escura surgisse como a explicação para a aceleração da expansão observada. Contudo, há dúvidas sobre a validade desta técnica para supernovas bem mais distantes, formadas     no início da história do universo.

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Felizmente, para os astrônomos, foi encontrado um tipo bastante especial … – Supernovas tipo 1a  (ao lado) geradas por explosões termonucleares de estrelas anãs brancas, até 40% mais massivas que o Sol – ricas em carbono…e oxigênio… concentradas em um raio 100 vezes menor.

Astrônomos sabem que toda explosão de supernovas tipo 1a tem brilho semelhante…e apesar de não serem, exatamente, velas padrão… sua luminosidade pode ser padronizada (detalhadas observações de supernovas próximas, em distâncias conhecidas, têm revelado um padrão útil para calibrar essa luminosidade — pelo diagramacurva de luz e espectro’).

No início dos anos 1930, Chandrasekhar mostrou que anãs brancas podem chegar até a 1,4 massas solares. Dentro desse limite, ‘colapsos gravitacionais’ são suportados pela pressão de degeneração (férmions). Em outras palavras, o Princípio de exclusão de Pauli  impede os elétrons de ocupar o mesmo estado. Porém…o forte campo gravitacional da anã branca, nesse sistema binário pode retirar matéria da estrela companheira… – até ultrapassar seu próprio limite — e assim, o ganho em massa desestabiliza a anã branca… até sua explosão.

Para nossa sorte…a luminosidade da anã branca                                               que explode é, praticamente, uma ‘vela padrão‘.

Obviamente, o interesse em supernovas tem crescido muito, desde então. O Telescópio Espacial Hubble…assim como as principais instalações observacionais terrestres, estão acompanhando de perto opipocar” luminoso das supernovas… enquanto telescópios menores estão mapeando, e estudando eventos na vizinhança. – Até hoje, mais de 300 distâncias para supernovas de tipo 1 foram obtidas – e, muito mais dados, atualmente, estão sendo analisados.

No entanto… há controvérsias– O argumento é que … como o ambiente de formação estelar está previsto para evoluir ao longo do tempo, o nascimento e morte das estrelas ‘contamina’ o berçário estelar com metais. Num universo mais jovem, as estrelas assim formadas… — teriam uma concentração de “elementos pesados” (determinantes para a evolução estelar)… – muito menor do que aquela encontrada nas estrelas mais jovens.

Dessa forma – a comparação das supernovas de  ‘alto redshift’  com as supernovas relativamente próximas, não garantiria segurança na determinação de magnitudes absolutas – e, assim… as distâncias calculadas, dessa maneira, estariam incorretas, invalidando deduções observacionais. Ademais, além da abordagem cosmográfica,     resta ainda a possibilidade da nossa visão ser obscurecida pela “poeira cósmica“…

(Se assim fosse, as supernovas mais distantes pareceriam cada vez esmaecidas, dando a ilusão de um universo em eterna aceleração.)

Em resposta…exaustivos esforços têm sido feitos para demonstrar que não existem efeitos estruturais como este, nem possíveis interferências por poeira desviando valores medidos. Até o momento – não foi encontrada qualquer relação entre o ambiente e a luminosidade, muito menos foi encontrado qualquer efeito que, realmente, assegure o erro das medidas.

Por outro lado, já existem vários projetos que visam uma sistemática varredura de todo o espaço, em busca de um número muito maior de supernovas observáveis com alto desvio de redshift…o que poderia trazer mais confiança às observações atuais… – Alguns desses grandes projetos de mapeamento da distribuição de galáxias em larga escala são: o Dark Energy Survey (DES), o Two-Degree Field (2dF)…e o Sloan Digital Sky Survey (SDSS).

Com base nestas técnicas…cada vez mais sofisticadas, cientistas foram capazes de perceber que a ‘energia escura já vem exercendo impacto sobre as galáxias, há pelo menos 9 bilhões de anose que a expansão do universo começou a se acelerar… – tão recentemente quanto há cerca de 5 bilhões de anos atrás.

Retrato falado                                                                                                                             O levantamento feito com o telescópio do Sloan Digital Sky Survey – no Novo México…é um dos mais relevantes projetos em astronomia já realizados. Seus dados podem ajudar a compreender a origem da desconhecida ‘energia escura’…responsável pela aceleração da expansão do Universo’. (Fermilab Visual Media Services) 

Considerando apenas a força atrativa da gravidade, a expansão do Universo, que tem 13,8 bilhões de anos de idade, deveria estar em um processo de gradual desaceleração…Alguns bilhões de anos depois do intenso impulso do Big Bang o avanço da matéria cósmica originada da ‘grande explosão‘, até começou a perder velocidade. — Os cientistas…porém, não entendem por que… – há cerca de 5 bilhões de anos – o Universo voltou a se expandir aceleradamente, em um fenômeno influenciado por uma força (‘energia escura’) até então desconhecida… – que se tornou então… – a ‘força dominante’ do cosmos.

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Na figura ao lado – a coluna vertical representa ataxa de expansão do universo” – e, a linha horizontal corresponde ao tempo decorrido…desde o Big Bang – enquanto o “ponto vermelho” indica a inflexão da desaceleração do Universo, há onze bilhões de anos atrás…

A história da energia escura começa em 1998, quando duas equipes independentes de astrônomos…em busca de supernovas distantesesperavam determinar a taxa em que a expansão do universo estava desacelerando. Eles porém tomaram um choque quando as observações mostraram que a expansão, ao contrário, estava acelerando.

Na verdade…o universo começou essa aceleração muito tempo atrás…em algum momento próximo aos seus 3 bilhões de anos, com a gravidade dominando a energia escura. Cerca de 8 bilhões de anos após o Big Bang, com o espaço se ampliando, e a matéria diluindo, as atrações gravitacionais enfraqueceram…e a energia escura passou a acelerar a expansão.

Assim como detetives, cosmólogos de todo mundo têm construído uma descrição do perfil do culpado pela aceleração… Ele é responsável por 2/3 da densidade de energia cósmica – é gravitacionalmente repulsivo – não aparece dentro dos aglomerados galáticos… foi visto, pela última vez, espalhando o espaçotempo – e responde pelo nome de ‘energia escura.

Muitos teóricos já tinham um suspeito em mente… a constante cosmológica. Esta, certamente, se encaixa no cenário da ‘expansão acelerada’. Mas, será que o caso da “energia escura” é mesmo tão simples de ser resovido assim?

O problema da ‘densidade crítica

A confirmação da existência de uma energia escura (gravitacionalmente repulsiva)…traria drásticas consequências para os fundamentos da física. Entre aquelas mais conservadoras sugestões estão …  —  o preenchimento do universo com um mar uniforme de … ‘energia quântica do ponto zero’… ou, um ‘condensado de novas partículas (exóticas)… com  uma massa 10e-39 vezes menor do que a do elétron.

Alguns pesquisadores também sugerem mudanças na “Teoria Geral da Relatividade de Einstein, como uma nova força de longo alcance que atenue a força da gravidade. Mas, o principal entrave é que a densidade de energia do ponto-zero‘ teria de ser ajustada por um fator enorme — de, precisamente… 10e¹²º abaixo da previsão teórica.

Esse é um problema bem conhecido… de falta de energia – a massa luminosa de galáxias e aglomerados está muito aquém da correspondente massa gravitacional. – Esta diferença é atribuída à presença de ‘matéria escura‘… Mas…observações sugerem que a quantidade total de matéria no universo (plano) — aí incluindo a matéria escura representa apenas 1/3 do total de sua energia.

Com efeito, a ‘Relatividade Geral’ prevê que há uma conexão precisa entre a expansão e o conteúdo de energia do universo…Assim, sabemos que a densidade total de energia para todos os fótons, átomos, matéria escura… e tudo o mais… deve corresponder a certo ‘valor crítico dado pela constante de Hubble… ρ crítica = 3Ho² / 8π G…  onde Ho é a cte. de Hubble…e G… a ‘constante gravitacional’. (…O problema é que isto não ocorre!…)

Estando os parâmetros massa, energia, e curvatura do espaço-tempo intimamente relacionados (pela Relatividade) uma explicação lógica, nesse caso…é que a lacuna entre a ‘densidade crítica’ e a ‘densidade de matéria corrente’…seja preenchida pela densidade de energia equivalente a uma ‘deformação do espaço em larga escala‘ – apenas perceptível a valores que se aproximam de c/Ho (cerca de 4000 MPC). Essa curvatura do universo, por outro lado, pode ser calculada com precisão, por meio de medidas da ‘radiação cósmica de fundo em microondas‘…(RCFM)

RCFM e a aceleração da expansão

Uma relíquia de cerca de 380.000 anos após o Big Bang…a CMB é a radiação de corpo negro a partir do plasma primordial… Quando o Universo esfriou abaixo de ~3000 ºK,       o plasma tornou-se transparente aos fótons…  –  permitindo que estes se propagassem livremente pelo espaço. Hoje…quase 14 bilhões anos depois…vemos um fundo térmico       de fótons a uma temperatura de 2,726 ºK…deslocados para a região de microondas do espectro pela expansão cósmica, que é a radiação cósmica de fundo em microondas“.

http://crab0.astr.nthu.edu.tw/~hchang/ga2/ch28-04.htm

Na figura acima, as célebres imagens da CMB capturadas pelo satélite WMAP mostram pequenas variações na temperatura dos fótons em todo céu (‘anisotropias’) refletindo o movimento inicial do universo – em pequenas variações na densidade. Essas variações, que ocorrem ao nível de poucas partes por 100 mil…revelam o esboço, na estrutura em larga escala, das galáxias e aglomerados que vemos hoje. 

Os pontos mais frios/quentes no CMB são devido a fótons que saltaram dos potenciais gravitacionais das regiões de maior/menor densidades — e o tamanho destas regiões é bem determinado pela ‘física de plasma. Em uma superfície plana…com geometria euclidiana – o tamanho angular aparente destas anisotropias seria cerca de 0,5º…se o universo fosse encurvado o bastante para preencher a lacuna da densidade de energia,       e 2 vezes maior na ausência de qualquer deformação.

Desde 1999…uma sequência de experimentos – TOCO, MAXIMA, BOOMERANG, e mais recentemente WMAP já confirmaram que as manchas CMB são distorcidas em cerca de 1 grau — portanto… a geometria em grande escala do universo é “plana“…Considerando o problema da incompletude‘…temos que algo além de curvatura deve ser o responsável pela diferença na densidade de energia.

Para alguns cosmólogos, este resultado se parece com um caso de ‘déjà vu’... – A inflação, melhor teoria disponível para a origem das flutuações na CMB, já propunha…nos instantes iniciais do universo, um período de expansão acelerada… impulsionada por uma partícula chamada inflaton. Esse período inflacionário teria estendido qualquer curvatura espacial em larga escala, a ponto de deixar a geometria do universo plana (ou euclidiana).

A comprovação de que os dados da ‘CMB‘ indicavam uma ‘evidência direta‘ para a aceleração cósmica (repulsão gravitacional da energia escura…) vinha apenas… a partir dos dados de supernovas. Porém agoraas coisas estão começando a mudar. Combinando medidas de precisão da CMB pela WMAP, com dados observacionais da distribuição em larga escala dos projetos 2DF e SDSS, bem como mapeando posição       e movimento de milhões de galáxias na faixa ótica, de rádio e raios-X…acumulam-se, cada vez mais… evidências da aceleração… na “taxa de expansão” do Universo.

Efeito ISW                                                                                                                                       ‘Muito embora o plasma primordial tenha se tornado transparente aos fótons depois       que o universo esfriou, estes não passaram a viajar sem obstáculos, posteriormente‘.

Em 2008 – ao combinar os dados do WMAP, SDSS… e outras fontes – 4 grupos de pesquisa, independentemente, relataram evidências de um já conhecido fenômeno, chamado ‘Efeito Integrado Sachs-Wolfe’, sobre regiões supermassivas do universo, causado pela ‘repulsão gravitacional‘ da energia escura.

É como se os “poços de potencial gravitacional” das regiões densas, e superdensas no universo fossem esticados…e ficassem mais ‘rasos’ ao longo do tempo, como que sob a influência de uma ‘repulsão gravitacional’… – Este fenômeno implica numa correlação entre a anisotropia da temperatura na CMB…e a estrutura em larga escala do universo.efeito ISW

A aparente aceleração do universo é atribuída à pressão negativa da ‘energia escura‘. A diminuição do ‘potencial gravitacional‘ causa um efeito direto sobre fótons que viajam ao longo do universo, ganhando energia (se aquecem) ao passar por grandes aglomerados de galáxias… e perdendo energia (se resfriam) ao viajar por ‘supervazios’ (enormes regiões com pequena densidade de matéria).

Logo que a radiação cósmica de fundo (CMB) foi detetada, Rainer Sachs e Art Wolfe demostraram que um potencial variável – com o tempo…causaria uma variação de energia dos fótons que chegavam da ‘CMB‘… Um fóton ganha energia quando cai em um potencial gravitacional de uma região superdensa…e gasta energia para sair de lá… Se o potencial se aprofunda no decurso deste processo, consequentemente a energia do fóton diminui… Por outro lado… — se este se torna mais brando… — o fóton ganha energia.

Em um universo onde a ‘densidade crítica de energia total se origina apenas de átomos e matéria escura…fracos ‘potenciais gravitacionais’… sobre longas escalas de comprimento evoluem muito devagar (…suaves ondas na densidade de matéria…) para deixar alguma marca visível nos fótons da CMB. Estas regiões circundantes superdensas, simplesmente agregam a matéria ao mesmo ritmo a que a expansão cósmica estica as ondas…deixando os potenciais inalterados.

Porém…sob a ação de uma taxa de expansão maior – de um universo que contém ‘energia escura’, a acreção de matéria não pode acompanhar o alongamento… – e assim…o colapso gravitacional é retardado pela repulsão da energia escura. Em consequência, os potenciais gravitacionais crescem mais horizontalmente… e os fótons ganham energia, à medida que atravessam o vazio (da mesma forma que perdem… atravessando regiões mais massivas.)

Acontece que os potenciais gravitacionais de grande escala, experimentados pelos fótons CMB, correspondem às mesmas superdensas/rarefeitas regiões – registradas nos mapas celestes de larga escala para aglomerados galáticos… em vários comprimentos de onda… Ou seja, fótons CMB proveem da mesma região onde aglomerados galáticos se aquecem, ligeiramente, pelo ‘efeito ISW‘…

Por isso…deve haver uma correlação positiva entre a temperatura CMB…e os “padrões de estrutura“… em larga escala no universo.

O primeiro mapa da energia escura (sobre a radiação cósmica de fundo)

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“Com este método, pela primeira vez,  pudemos ver como os supervazios e superagrupamentos se portam, quando microondas os atravessam”.

A imagem da figura ao lado mostra o mapeamento da variação da força da radiação em micro-ondas…espalhada pelo Big Banga ‘RCFM’, em relação aos 50 maiores supervazios…Avoids (círculos azuis); e aos 50 maiores superagrupamentos (círculos vermelhos).

Como previsto pelos cientistas… as ‘micro-ondas’ eram um pouco mais fortes se tivessem passado através de um ‘superagrupamento‘… e um pouco mais fracas, por um ‘supervazio. A “fotografia” da energia escura é, na verdade, um mapa dessas variações de temperatura dos fótons, com regiões quentes e frias refletindo variações na densidade do universo, em seu início. (Essas áreas foram preditas pela hipótese de existência da ‘energia escura‘.)

Um fóton – viajando através do universo… ganha energia quando entra em uma região densamente povoada por galáxias, repleta de energia gravitacionalé mais ou menos como se estivesse caindo num buraco… Depois que ele atravessa essa região, saindo para uma outra com menor densidade de matéria… e, portanto, menor ‘energia gravitacional’, vai perdendo energia ‘mais ou menos como se estivesse tentando sair do buraco…’

Se a energia escura não for levada em conta, o ganho e a perda de energia desse fóton viajante devem se equivaler. Porém, se a energia escura realmente existir…o universo   se expande rápido o suficiente para esticar o poço gravitacional, enquanto o fóton ainda estiver lá dentro. Isso torna o buraco mais raso, facilitando a saída do fóton, que perderá menos energia nesse processo. – O resultado é um fóton, ganhando mais energia do que perdendo – e assim…transformando os ‘supervazios‘ em áreas mais quentes. Logo, uma imagem da “RCFM” surge marcada por estas regiões… — mais quentes… — e mais frias.

Como esse efeito é muito pequeno, os cientistas se concentraram em áreas nos 2 extremos desses 3.000 superaglomerados de galáxias, e 500 supervazios…  —  De acordo com seus cálculos…a chance de que o mapa produzido não seja causado pela energia escura é de 1 em 200 mil… De acordo com István Szapudi – astrônomo da Universidade do Hawaii…

De fato… atacamos a questão da energia escura de um modo diferente das medições   das supernovas. Quando o fóton entra no superagrupamento, ganha alguma energia gravitacional, e assim vibra um pouco mais rápido. A seguir, quando sai deve perder exatamente a mesma quantidade de energia. Mas, se a ‘energia escura’ faz com que o universo se expanda a uma taxa mais acelerada… o ‘superagrupamento’ se espalha…   pelo mesmo tempo que a luz de micro-ondas gasta para atravessá-lo. Dessa forma, a onda consegue – com efeito… – manter uma parte da energia que ganhou ao entrar. 

Embora a evidência ISW, por si só, não seja ainda forte o suficiente para discernir entre     a expansão causada pela curvatura espacial e a causada pela ‘energia escura’… quando combinada com dados CMB para um ‘universo plano‘ – o peso dessa evidência pende a favor da ‘energia escura’. – Além disso…a evidência ISW investiga os efeitos da energia escura sobre distâncias menores que cerca de 100 Mpc  —  0 que representa uma escala completamente diferente das supernovas…fornecendo assim uma nova e independente linha de evidências para os efeitos da energia escura.

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‘Sloan Digital Sky Survey (SDSS)

Oscilações acústicas bariônicas 

A medida da desaceleração do Universo, há 11 bilhões de anos atrás, foi feita pelo BOSS (Baryon Oscillation Spectroscopic Survey).

Em um movimento igual ao arremesso de uma pedra em um lago… formando ondas que se alongam ao se afastar do epicentro, foi possível identificar certos ‘padrões‘ na luz emitida por quasares … e absorvidas em longínquas ‘nuvens de hidrogênio‘.

Como explica Licia Verde, astrofísica do Instituto de Ciências Espaciais Bellaterra, Espanha… “Trata-se de uma sinfonia cósmica…Você na verdade está vendo som,               e o som pode ajudar a compreender de que maneira o instrumento que o produz              foi construído”.  

Em 2005 – astrônomos descobriram que…’ondas sonoras‘ que varreram o plasma primordial 400 mil anos depois do Big Bang, deixaram suas impressões nas galáxias próximas…Estas ‘oscilações acústicas bariônicas‘ oferecem mais um parâmetro     para avaliar o ritmo de expansão do universo, ao longo do tempo, e definir os limites quanto ao valor numérico (w) da energia escura.

Na ausência de um consenso sobre o que seja ‘energia escura‘ … uma descrição fenomenológica do parâmetro w da equação de estado da termodinâmica, referente à relação entre a pressão e a densidade da energia escura … pode fornecer bom caminho para investigações sobre     sua ‘dinâmica comportamental’.

Com efeito, caso a energia escura seja a energia do vácuo quânticoserá sempre,     exatamente -1 … uma constatação que permitiria encontrar a equivalência matemática entre as previsões da ‘mecânica quântica’…e as da ‘teoria da relatividade geral’ — onde uma Constante Cosmológica seria a solução. Em contrapartida…se w for maior que -1,       a resposta certa deverá ser a quintessência.

E, não podemos descartar o que aconteceria se w fosse inferior a -1. Nesse caso particular, em algum momento no futuro, a densidade da energia escura cresceria até infinito em um tempo finito, e sua repulsão gravitacional rasgaria o tecido do Universo … em um Big Rip. Não obstante – seja qual for a resposta… algo de misterioso está em ação… (no cosmos).

As w-possibilidades

  • Constante cosmológica (w = -1)

Originalmente introduzida por Albert Einstein. Mais tarde, Yakov Zel’dovich propôs que     a energia quântico do vácuo produziria pressão, e densidade de energia constantes. No entanto…as previsões teóricas indicam a ‘constante cosmológica’ com 120 ordens de magnitude a mais do que o valor observacional.

A existência independente da energia quântico do vácuo não se questiona. Se, de fato, a contribuição cósmica é zero ou se ajusta às condições…é um dos desafios pendentes na física.

  • Quintessência (w > -1)

Uma forma de energia, com pressão negativa, que varia conforme o espaço e tempo. Quintessência é dinâmica, ao contrário da constante cosmológica…sendo que sua média de densidade de energia e pressão, lentamente cai com o tempo. Essa característica pode ajudar a explicar o súbito (e coerente) aparecimento da aceleração cósmica’Modelada como um ‘campo escalar‘… a ‘quintessência’ prevê excitações de quasipartículas com uma massa cerca de 10e-³³ eV.

  • Outras energias de vácuo (w < -1) .

A menos que sejamos vítimas de uma conspiração de efeitos sistemáticos, w<-1 é um sinal da ‘física exótica… – Efeitos quânticos semelhantes a um ‘campo de quintessência  induzem modificações da Relatividade Geral, enquanto outros modelos sugerem que a densidade da energia escura, na realidade, cresce com o tempo, provavelmente causando o fim do universo em uma grande ruptura catastrófica. Outras ideias recentes incluem um campo exótico como causador de um padrão de aceleração cósmica variando no espaço.

  • Modificação da Relatividade Geral (para uma expansão acelerada)

O maior mistério da aceleração cósmica não é a ideia de que 2/3 do universo é feito de coisas que não podemos ver… mas, a suposição de uma substância gravitacionalmente repulsiva… Examinar essa estranha propriedade da energia escura é útil na introdução     de um parâmetro termodinâmico…semelhante à ‘equação de estado’ para um gás; ou seja, Wo = pdark/ρdark, onde pdark e ρdark representam…respectivamente… a pressão média, e a densidade média da “energia escura” no universo.

Considerando o universo homogêneo e isotrópico como um fluido perfeito, sem fricção ou condução de calor… a sua fonte de energia e momento é caracterizada por uma densidade de energia ρ, e uma pressão isotrópica p. Na solução da equação relativística de campo de Einstein – sob um referencial inercial… – o tensor energia-momento da equação é definido por (ρ 3p). (vetor é um tensor de 1ª ordem; escalar é um tensor de ordem O) 

Sendo a taxa de variação da expansão cósmica… (conforme a ‘relatividade geral’) inversamente proporcional a (ρtotal + 3ptotal) onde ρtotal é a densidade de toda energia e matéria do universo, e ptotal é a pressão necessária para uma expansão aceleradaessa ‘taxa de expansão’ (acelerada) deve ser positiva — ou seja… (ρtotal + 3ptotal) < 0.

Portanto, sendo ρtotal uma quantidade positiva, e considerando a pressão média (devido tanto à matéria comum quanto à escura) desprezível… já que é fria… ou não-relativista, e de acordo com a equação de estado dos fluidos (p=wρ) … onde é uma constante fenomenológica, chegamos à inequação: ρtotal + 3.(w.ρdark) <0. Considerando ρdark  = 2/3 ρtotal … descobrimos que a pressão negativa da energia escura w é ≤-1/2.

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Observações mais detalhadas (ao lado), da ‘radiação cósmica de fundo’, ‘aglomerados  galáticos’… e  ‘distâncias de supernovas’…  combinadas a várias previsões de modelos teóricos — indicam maiores restrições aos parâmetros de energia escura do que os indicados em estimativas anteriores…0,62 <Ωdark <0,76, sendo que Ωdark = ρdark/ ρcrítica; e assim portanto… -1,3 <w <-0.9.

Pressão negativa

Por que a pressão influencia na expansão do universo?…Einstein mostrou que matéria e energia curvam o espaçotempo. Portanto, para um gás quente, os movimentos cinéticos   de seus átomos contribuem para a sua atração gravitacional…No entanto, as forças necessárias para conter, ou isolar o gás quente – contam contra esse “bônus de pressão”.

O universo, por exemplo, não é nem isolado, nem limitado…Sua expansão termodinâmica, atribuída a efeitos dos gases quentes, é efetivamente retardada pela atração de sua própria gravidade…mais do que um universo preenchido com equivalente densidade de energia de um gás frio despressurizado. E, por essa mesma razão, um meio que permite uma ‘pressão negativa vai se expandir mais rapidamente – repelido por sua própria ‘antigravidade‘.

Em princípio…não há limite inferior para a pressão no universo, embora coisas estranhas aconteçam se w cair abaixo de -1 (…um nódulo isolado de tal material poderia parecer ter ‘massa negativa’ … a qual representa apenas o que poderia ser preciso para se manter um buraco de minhoca aberto)…Mas, uma coisa é certa…tal pressão fortemente negativa não acontece para os campos e partículas comuns à Relatividade Geral.

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É bom notar, entretanto, que a ‘pressão negativa’…não é um fenômeno tão raro assim… Uma ‘chuveirada’ de bósons de Higgs… — ao nível microscópico — por exemplo…exerce pressão negativa para micro excitações térmicas, ou cinéticas. E, enquanto o “inflaton” pode ser visto como a versão mais pesada do Higgs… uma das formas propostas de “energia escura”… – chamada ‘quintessência‘… – pode ser uma versão ainda mais leve.

Energia do ‘Ponto Zero  A ‘energia escura‘ é a componente de baixa          frequência… – gravitacionalmente ativa – de uma ‘energia do ponto zero’.

A grande descoberta em astrofísica, ao final do século passado, se deu através da observação de desvios (redshift) de supernovas do Tipo 1a… – identificando uma ‘expansão acelerada do universo, que levou ao conceito de ‘energia escura, significando na verdade a ressurreição da constante cosmológica de Einstein.

Em consequência, na concepção atual, o universo parece consistir em cerca de 70% de energia escura, 25% de matéria escura, e 5% de matéria comum… Sendo que,         a energia do ponto zero tem a propriedade prevista de impulsionar uma expansão acelerada, ou seja, a propriedade necessária da ‘energia escura’… porém…em um grau absurdamente maior do que o necessário (120 ordens de magnitude a mais).

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Segundo a ‘teoria da relatividade’…energia é equivalente à massa (como fonte de gravidade), ou seja, a ‘energia de ponto zero’ deveria ‘gravitar’ – o que significa… produzir uma ‘curvatura positivano espaçotempo…À 1ª vista, poderia se assumir que…havendo tão grande quantidade de “energia do ponto zero” subjacente ao universo… seu efeito deveria ser curvá-lo drasticamente — ao tamanho de uma ‘ervilha’.

De fato, se o espectro de energia do ponto zero se estender à escala de Planck – sua densidade em massa seria equivalente a cerca de 10e93 gramas/cm³…reduzindo o universo a menos que um núcleo atômico.

A energia do ponto zero porém, se comporta de forma diferente. Para a radiação comum… a relação da pressão com a densidade de energia é  w = 1 / 3 c² … que é normalmente expressa em unidades pelas quais  c = 1,  e assim, a igualdade passa a corresponder: w = + 1/3(No entanto, para a energia de ponto-zero…  w = -1)

Isso se deve à circunstância de que a densidade de energia do ponto-zero é assumida como constante – não importa o quanto o universo se expanda…ele não se dilui – mas, em contrapartida, mais energia do ponto-zero é assumida como sendo criada a partir do nada.

Uma outra particularidade, é que uma taxa de w = -1 implica que a energia do ponto zero exerce uma pressão negativa, que, contra-intuitivamente, leva a uma expansão do espaço-tempo. Desse modo, a energia do ponto-zero pareceria ser idêntica à misteriosa energia escura… Entretanto… se o “espectro de energia” se estender até à ‘frequência de Planck’, haverá 120 ordens de grandeza a mais de energia por centímetro cúbico do que permitem as observações da aceleração cósmica.

(essa quantidade de energia do ponto-zero, assim interpretada, teria acelerado o universo para o seu ‘estado plano‘ em microssegundos)

Energia escura = energia do vácuo?…

Uma pesquisa de Christian Beck/London University, e Michael Mackey/McGill University, pode ter resolvido o problema das 120 ordens de grandeza… assumindo a ideia de que… a energia escura é a própria energia do ponto zero… Nos artigos Measureability of vacuum fluctuations and dark energy e Electromagnetic dark energy– eles propõem que uma transição de fase’ ocorra, tal que ‘fótons do ponto zero, abaixo de uma frequência entorno de 1,7 THz sejam gravitacionalmente ativos, sendo que acima disso não o são. Se este for o caso, então o problema da ‘energia escura está resolvido (por uma quebra de simetria).

Por meio da nova técnica, os pesquisadores registraram imagens de um gato recortado em um pedaço de cartolina e outro gravado em uma placa de silício, em referência ao ‘gato de Schrödinger’, analogia criada para explicar a natureza quântica da matéria. (imagem: Gabriela Barreto Lemos)

Por meio da nova técnica, os pesquisadores registraram imagens de um gato recortado em um pedaço de cartolina e outro gravado em uma placa de silício, em referência ao ‘gato de Schrödinger’, analogia criada para explicar a natureza quântica da matéria. (imagem: Gabriela Barreto Lemos)

Os sensores que captam a luz… em diversos comprimentos de onda, em sua maior parte invisíveis aos olhos humanos… — são feitos com a ‘nanotecnologia’ dos chips e sensores de imagem…cujas unidades básicas medem somente algumas dezenas de nanômetros… mas…com um poder gigantesco para captar informações.

O ‘estranho acoplamento’… é consequência da hipótese de que o vácuo do espaço pode não ser tão vazio quanto nós acreditamos… 

De fato, o espaço poderia ser ‘encrespado’ pelas… “flutuações quânticas de vácuo”…

A física quântica demonstra que o “vácuo“… – antes considerado como um estado de total nulidade, na verdade é um ativo suporte de ‘partículas virtuais’… continuamente entrando e saindo da existência; até que com suficiente energia, se materializem em partículas reais.

O “nada” do vácuo espacial — na realidade — é feito de turbulências espaçotemporais subatômicas em distâncias extremamente pequenas, mensuráveis na ‘escala de Planck’    (a distância na qual a estrutura do espaçotempo é dada pela “gravidade quântica). Nessa escala, o ‘princípio da incerteza‘ de Heisenberg permite que a energia decaia       em partículas e antipartículas, a intervalos de tempo infinitesimais…produzindo assim ‘algo a partir do nada’.

Este princípio…bem conhecido pela afirmação de que é impossível conhecer a posição de uma partícula, e seu momento ao mesmo tempo, também exige que o vácuo do espaço  contenha alguma forma de “energia residual“… — Devido à proposição relativística da igualdade entre ‘energia e ‘massa’ … supõe-se que essa energia de vácuo possa assumir a forma de “partículas virtuais“…continuamente dentro e fora da existência, no mundo.

Energia do ponto-zero (testando…)

Um dos maiores mistérios não solucionados da moderna cosmologia…a ‘energia escura’, compõe mais de 75% do Universo … sendo responsável pela aceleração de sua expansão.  Apesar dela ter se provado elusiva, e difícil de definir… existem muitas teorias tentando sua explicação… – quintessência, constante cosmológica relativística, campos escalares caóticos… – todos conceitos nada intuitivos… e ainda não fundamentados.

Como uma explicação alternativa, a energia do ponto-zero é atraente ao atribuir um novo significado a um conceito que já está aí há décadas. O grande problema entretanto, é criar um experimento que comprove esta proposta. Muito embora, uma boa parte dos experimentos espaciais – atuais e em projeto…procurem, de alguma forma, lançar luzes sobre a ‘energia e matéria escuras‘ – acredita-se poder fazer melhor, e mais barato, demonstrando a existência da ‘energia escura’, em laboratório. Para isso, estão sendo testados componentes eletrônicos, baseados nas bem conhecidas … ‘junções Josephson.

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Junções Josephson são microcomponentes eletrônicos formados por fitas de material supercondutor (separadas por finíssima camada isolante) onde uma corrente elétrica flui, sem resistência.

Nesse experimento, pode-se verificar outra consequência do princípio da incerteza de Heisenbergacerca da probabilidade de 1 elétron se localizar na camada isolante, e…sob certas circunstâncias,  possa tunelar através dessa camada – resultando em um “fluxo contínuo” de corrente.

Como em qualquer aparato eletrônico, os efeitos do ‘ruído de fundo’ devem ser levados em conta. – Mas, enquanto na maioria dos experimentos o ruído é um incômodo que deve ser minimizado ao máximo… nesta experiência…a área de real interesse é um componente no ‘espectro do ruído‘…A baixas temperaturas, quando as ‘excitações termais’ no material supercondutor são de alguma forma suprimidas – a corrente devida ao ruído é dominada pelas ‘flutuações do ponto zero’.

Sabendo que fótons do ponto-zero continuam a existir acima da transição de fase 1,7 THz, consistentemente com medições de efeitos QED — tais como o Efeito Casimir, e Desvio de Lamb, podemos concluir que o potencial para…pelo menos uma evidência convincente, se a energia do vácuo é de fato a energia escura… reside no limite imposto pelas observações astronômicas acerca da quantidade de energia escura do Universo … em relação à energia   do vácuo.

O valor finito da densidade dessa energia acarreta – então…no limite observacional para correntes geradas pelas flutuações do ponto-zero, acima de uma frequência crítica de 1,7 THz  (1,7.10¹² ciclos/segundo).

A transição de fase proposta deverá ser testável em breve – quando experimentos forem estendidos até ao ponto de transição proposto. O maior desafio agora … é desenvolver o equipamento experimental capaz de medir ‘ruído de fundo’ em frequências tão elevadas.

(Texto base) Robert R Caldwell (Maio/2004) 

Outras fontes: muito barulho por nada! Constante Cosmológica # Energia do Ponto Zero # 1º Mapa da Energia Escura ## BOSS: Universo Plano, Infinito ## Impedância do Vácuo # Dipolos gravitacionais virtuais # Novas dúvidas sobre a aceleração da expansão  ””””””””””””””””””””””(textos complementares)””””””””””””””””””””””””””””

Mapeamento da anisotropia da radiação de fundo com 10 minutos de arco de resolução do MAXIMA-1, revelando manchas de um tamanho médio de 1º.

Mapeamento da anisotropia da radiação de fundo com 10 minutos de arco de resolução do MAXIMA-1, revelando manchas de um tamanho médio de 1º.

Energia Escura (em um Cenário Inflacionário)

Há 13 bilhões de anos os 1ºs fótons escaparam, no “momento de último espalhamento”, sofrendo um subsequente alongamento de seu comprimento de onda associado, até a escala de microondas atual,   em virtude da expansão do universo.

Ocorre que durante as centenas de milhares de anos anteriores a esta era, a luta da luz contra a gravidade criou ondas sonoras estacionárias’ viajando pelo plasma, a cerca de metade da velocidade da luz.

Com os fótons e a matéria carregada fortemente acoplados…à época do plasma primordial, a luta entre gravidade e pressão de radiação…produziu regiões de lenta contração, e expansão oscilatórias. As oscilações por sua vez, geraram alterações locais da curvatura do espaçotempo – resultando num redshift da radiação,   que faz o “fundo de microondas” parecer mais frio… — nas direções em que for maior.

Os dados do COBE revelaram manchas frias e quentes, medindo cerca           de 7º (o diâmetro de 14 luas cheias)  –  a máxima resolução do satélite.

Estas perturbações gravitacionais estão associadas…evidentemente, a flutuações de densidade locais da matéria cósmica — no momento de último espalhamento — as quais representavam as “sementes” das estruturas em larga escala do universo atual… — tais como… aglomerados e superaglomerados galáticos.

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[“espectro de potências” medido pelo Boomerang e pelo Maxima]. Ambos experimentos exibem o primeiro pico acústico próximo a l=200, consistente com a previsão teórica do modelo inflacionário (exibida pela curva ajustada).

Dentro de um universo composto de matéria, radiação e energia de vácuo, o parâmetro de densidade Wo define em larga escala — uma geometria do espaçotempo, cujo raio de curvatura é tal que, no limite quando Wo -> 1, o raio da curvatura tende a infinito, resultando num ‘universo plano‘.

Flutuações de densidade…de acordo com as teorias inflacionárias, seriam resultado de perturbações quânticas à escala do comprimento de Planck amplificadas — pela inflação — por um fator de 1060. Isto constitui uma medida da densidade de energia do universo… – cujo valor…Wo —> 1.

Os dados do COBE, Boomerang e Maxima cofirmaram 2 ‘previsões  básicas’ do ‘modelo inflacionário’… — de que o ‘universo é plano‘…  —  e que existem ‘perturbações de densidade  capazes de poder explicar a formação de ‘estrutura do universo’…  —  em larga escala. 

O cenário inflacionário                                                                                                      O ‘super-resfriamento’ separou – a ‘força nuclear forte’ … da ‘eletrofraca’ – deixando um plasma quente de partículas elementares (quarks, léptons, gluons, bósons W/Z, e fótons).

Tendo a inflação ampliado uma região de espaço bem menor do que 1 próton…para uma da ordem de 100 Mpc (na escala dos superaglomerados galáticos)… se justifica a razão do universo ser ‘plano‘… — E, como a inflação relaciona a microescala subatômica à grande escala do universo atual… ela também explica como as ‘inomogeneidades primordiais’ na densidade de matéria…que semearam a evolução da estrutura em larga escala observada, teriam surgido a partir de ‘flutuações quânticas primordiais‘ em escala subatômica.

Esta inflação – que aumentou o universo de um ponto quente e denso… medindo cerca de 10e(-25) cm (um trilionésimo do raio do próton)…para a escala atual, com raio de Hubble   é da ordem de 10e28 cm… – provocou também uma… “transição de fase da matéria. A transição de fase, por sua vez, corresponde a uma ‘quebra espontânea de simetria‘, associada a uma ‘transição quântica’ sofrida por um campo escalar… 

Isto é interpretado como o decaimento do vácuo para um estado de energia potencial ainda menor, convertendo “energia de vácuo” numa radiação de fundo repulsiva, permeando todo o espaço. – Sendo constante, esta “energia potencial mínima” do campo escalar pode ser incorporada às “equações de Einstein” sob a forma de uma “constante cosmológica“, representada por Λ… – que produz a… “força repulsiva inflacionária”… uma ‘energia quântica de vácuo‘. – Assim, pela ‘teoria inflacionária’, a densidade de energia (uma ‘constante cosmológica’) … pode ser interpretada uma “energia do vácuo”.

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Calculando a ‘energia escura‘… 

Dentro da nossa … “vizinhança cósmica local” a razão de expansão do universo é constante…obedecendo à ‘lei de Hubble‘. Isto é conhecido com base em ‘redshifts’ de estrelas especiais (como as ‘cefeidas’) cujo brilho intrínseco pode ser calculado – e assim … a distância até suas galáxias.

Com as velocidades (redshifts)… obtém-se um (gráfico v×d) destas estrelas (ao lado)…o qual apresenta comportamento linear… em nossas imediações cósmicas.

Ocorre que, na tentativa de determinar o ‘coeficiente de expansão do universo’…a alguns bilhões de anos atrás, havia um grande obstáculo empírico a ser superado, decorrente de — quanto mais longe estiver aquela estrela especial (como uma cefeida) mais fraco o seu brilho aparente…e portanto, mais difícil de detetá-la. – Contudo…o que a equipe alto-z  verificou… – foi que as supernovas tipo Ia solucionam esta limitação observacional – permitindo a obtenção do gráfico (v,d)… – também para as galáxias de alto “redshift”(z).

‘As supernovas de tipo Ia são como bombas, liberando incrível quantidade de luz num intervalo de uns 2 meses, sendo observáveis a distâncias muito maiores àquelas das estrelas cefeidas, por exemplo. A exata determinação do pico, na curva de luminosidade da supernova, permite o cálculo de seu brilho intrínseco e, consequentemente, sua distância até nós.’

Até 1995, o número de supernovas de tipo Ia longínquas observadas era pequeno, e a maioria dos cosmólogos era cética…quanto à possibilidade de deteção destas estrelas       em quantidade estatisticamente relevante… que pudesse estabelecer algum desvio da        lei de Hubble em alto redshift. Mas, a partir daquela data, os astrônomos do “Projeto         de Cosmologia de Supernovas” mostraram que os céticos estavam enganados… já em     1999 haviam analisado mais de 120 supernovas tipo Ia longínquas.

O Diagrama das magnitudes aparentes de supernovas Ia contra seus respectivos “redshifts” (z). O diagrama inferior, corrigido eliminando-se a influência da “lei do inverso do quadrado”, exagera as diferentes inclinações das 3 curvas demonstrando claramente o acordo dos dados com o modelo LCDM.

O Diagrama das magnitudes aparentes de supernovas Ia contra seus respectivos “redshifts” (z). O diagrama inferior, corrigido da influência da “lei do inverso do quadrado”, exagera as diferentes inclinações das 3 curvas, ao demonstrar o acordo dos dados com o modelo LCDM.

Os  resultados divulgados em abril de 2001  da análise de dados referentes à supernova SN 1997ff  –  a supernova de tipo Ia mais distante já observada (…mais de 11 bilhões de anos-luz) pelo astrofísico Peter Nugent, auxiliado por um supercomputador IBMmostraram que as galáxias de alto redshift se moviam mais lentamente do que hoje…    ocasionando um desvio da “lei de Hubble” para distâncias elevadas… – evidenciando a “expansão acelerada do universo“.

Além dessa inesperada conclusão…é de se notar que todos os modelos inflacionários     estabelecem 3 predições testáveis; a saber:

1) universo plano;                                           2) espectro quase-invariante-de-escala de perturbações de densidade  “gaussianas“; 3) espectro quase-invariante-de-escala de ondas gravitacionais.

A descoberta de mais de 120 supernovas de tipo Ia… de alto redshift… juntamente com os resultados das observações da anisotropia existente na temperatura da RCFM – feitas pelo COBE, e balões Boomerang e Maxima… confirmam as predições inflacionárias 1 e 2.

Quanto ao ítem 3… “ondas gravitacionais” foram (oficialmente) detetadas em 14/09/2015 pelo Observatório da Interferometria a Laser de Ondas Gravitacionais (LIGO) ao capturar um desvio (no espaço-tempo) devido ao choque de 2 ‘buracos negros‘… – há 1,3 bilhão de anos-luz…  –  Abre-se assim a possibilidade para um ‘fundo de ondas gravitacionais‘ (anterior à RCFM). – [‘O Universo Escuro’ – Ricardo Oliveira de Mello (COSMOBRAIN)]  ”””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””

Uma alternativa à teoria da Energia Escura?…   –  (12/01/2009)

Em 1998, estudos de supernovas do tipo Ia indicaram que o Universo não estava apenas se expandindo, mas que esta expansão se acelerava. Para justificar isto, especulou-se sobre a existência de uma força repulsiva, batizada de ‘Energia Escura’.

Embora esta tenha se tornado uma teoria muito bem aceita nos ‘meios acadêmicos’… existe uma explicação alternativa… a de que a Terra estaria próxima ao centro de uma gigantesca ‘bolha‘ de vácuo, praticamente sem matéria.

Segundo esta proposta… a gravidade criaria a ilusão da aceleração observada nas explosões de supernovas… – sem precisar de teorização sobre a existência de qualquer energia escura.

A proposta contraria o ‘Princípio Copernicano’ de que o nosso lugar no Universo… é um lugar comum – como outro qualquer… Contudo, em ciência não há dogmas cujos princípios devam manter-se válidos pela eternidade… – Logo, vale a pena analisar a hipótese de estarmos dentro de um “espaço vazio de matéria”… Foi o que concluiu uma equipe de astrofísicos     da Universidade British Columbia, no Canadá.

Segundo explicou o pesquisador Jim Zibin…os estudos levaram a uma conclusão muito firme – o modelo da ‘bolha vazia’ não consegue explicar os dados coletados. A pesquisa, sem embargo, é um forte reforço à teoria da ‘Energia Escura’ – conforme ele declarou…

Nós testamos modelos de vácuo espacial para os dados observacionais, incluindo aí – detalhes sutis na ‘radiação cósmica de fundo’ – o brilho do ‘Big Bang’; e ondulações na distribuição da matéria em larga escala… – Avanços mais recentes na coleta de dados permitiram uma ‘cosmologia de precisão’… – Os ‘modelos de vácuo’ são horríveis para explicar novos dados, mas o modelo padrão da Energia Escura funciona muito bem. E, como apenas conseguimos observar o Universo a partir da Terra… – é muito difícil determinar se estamos em um lugar especial… Mas, nós agora aprendemos que nossa localização é muito mais ordinária do que a estranha energia escura“… (texto base) ””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””

O VÁCUO CONTRA-ATACA. (last but not least)                                                                   “Desordem e ‘nada’, designam uma presença, a presença de uma coisa, ou de uma ordem, que, de imediato, não nos interessa.” (Bergson – ‘Introdução à Metafísica’) 

A física moderna demonstrou que o vácuo — antes considerado como um estado de total nulidade, na verdade, é um “suporte” ativo… de ‘partículas virtuais’… entrando e saindo continuamente da existência — até que obtenham energia suficiente para se materializar como partículas “reais”.

Em colisões de alta energia em aceleradores de laboratório, parte da energia original do feixe pode ser consumida em arrancar pares partícula-antipartícula do vácuo. Algumas vezes este processo é o real motivo para a realização da experiência – mas, em outras…é apenas um ‘desperdício’.

Por exemplo, no Large Hadron Collider (LHC) – em construção no CERN, em Genebra, acredita-se que uma das principais fontes de perdas nos feixes (partículas que deixam o feixe utilizável) para a colisão de ‘íons pesados’ seja uma classe de eventos, na qual íons com sentidos contrários passem uns pelos outros sem interagir… – a não ser para gerar     um par de partículas elétron/pósitron, uma das quais (pósitron) desapareça do espaço, enquanto que a outra (elétron) se agarre a um dos íons.

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(Doctor Arduíno blogspot)

Este íon – carregando uma carga elétrica extra…vai então se comportar de maneira ligeiramente diferente — à medida em que corre…através das correntes de possantes magnetos, que guiam partículas em torno       do acelerador… Após percorrer uma certa distância…o ‘íon negativo’ vai se dissociar     de seu feixe…e se espatifar de encontro ao tubo guia – aquecendo-o… assim como às bobinas magnéticas circundantes.

Com receio dessas futuras perdas nos feixes, os físicos pensaram em observar este efeito em uma máquina existente… o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) — no Laboratório Brookhaven em Long Island. E eles acharam o que procuravam, uma pequena ‘mancha’   de energia com valor no entorno de 0,0002 Watts, ou seja, aproximadamente a energia irradiada por um vagalume. O feixe do RHIC nestes testes – consistia de íons de Cobre, cada um portando 6,3 TeV de energia (cerca de 100 GeV por núcleon).

De acordo com o cientista do CERN John Jowett, esta problemática classe de eventos, chamada de produção de par acoplado-livre (bound-free-pair production = BFPP — com o “acoplado” se referindo ao elétron, e o “livre” ao posítron) – será muito mais formidável no ‘LHC’… – do que no ‘RHIC’.

Antes de mais nada, a produção de pares cresce em uma razão direta do número atômico do núcleo (ou a carga do núcleo, denotada pela letra Z) elevada à 7ª potência. As colisões de íons pesados no LHC usarão feixes compostos de íons de Chumbo. — Os núcleos mais carregados — e as maiores energias (574 TeV por núcleo de Chumbo) — significam que o processo de BFPP deverá ser 100.000 vezes mais intenso do que no teste do RHICIsso chegaria a cerca de 25 Watts – o equivalente a uma lâmpada de leitura.

Não parece ser muita coisa mas, quando depositados nos magnetos ultra-resfriados (1,9°K) do LHC, poderia levá-los à beira da ‘saturação’…que os tiraria de seu estado de supercondutor…interrompendo o funcionamento   da colossal máquina. (texto base)… Physical Review Letters – (out/2007)

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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Uma resposta para Energia Escura… (o Vácuo Contra-Ataca!)

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