“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 1º 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 dessa constante Λ. O efeito equivalia a preencher o universo com um…”mar de energia negativa“…onde estrelas e nebulosas flutuassem à deriva. A descoberta da expansão, evitou a necessidade 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.  No entanto, 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’.

inflação também prevê que um padrão característico, de longo alcance,                      das ondas gravitacionais teria sido criado no início do universo…Estas ondas seriam grávitons, partículas hipotéticas que transportam a “força gravitacional”. Sua deteção propiciaria uma assinatura única da inflação.

“Densidade crítica” & “energia escura”…para um “Universo plano”

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‘ (como nem toda a matéria existente      no universo é suficiente para alcançar a densidade crítica, se faz necessário completar      sua parte faltante)…Estando energia e massa unidas pela relação E=mc², segundo          a “teoria de Einstein” – chegou-se à conclusão, que essa massa faltante poderia estar        sob a forma de energia; a qual, por ser desconhecida, foi então 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,  o que significa… — 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”                                                                                                                            Para comprovar uma expansão uniforme do universo — primeiramente é necessário            que as medidas desta expansão se estendam pelo maior número possível de galáxias. 

A ‘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. 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 a viagem da luz…e mais distante 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 Universoquando 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.  A partir da medição de seu períodoobtém-se sua luminosidade (magnitude absoluta), para que – em seguida…comparando com a intensidade observada (brilho), se determine sua distância. Dessa forma, redshifts e distâncias de objetos em movimento no…fluxo de Hubble (região de influência gravitacional…além do grupo local de galáxias) costumam  ser identificados pela relação d=(c.z)/Ho (lei de Hubble), onde (c) é a velocidade de luz;    (z)…razão da diferença do desvio observado pelo comprimento original da luz emitida;    e Ho é a ‘constante de Hubble’ (72 ± 8 km/s por Mpc – 1 Mpc=3,26 milhões de anos-luz).

Antes de 1998…esta relação linear entre a distância…e o redshift… se confirmava para galáxias tão distantes quanto cerca de 1000 Mpc… o que corresponde ao redshift de 0,24; sendo a extensão a redshifts maiores precariamente determinada. Usava-se Relatividade Geral, supondo conteúdos de pressão e densidade de energia do Universo,  para conectar redshifts a distâncias. – Contudo, sendo uma das tarefas mais difíceis da Astronomia – a medição precisa pela relação ‘distância/redshift’, não se verificava para desvios 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.

anãbrancaEsperava-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 o surgimento da “energia escura“…como a explicação para a ‘aceleração da expansão’ observada. Mas, há dúvidas sobre a validade desta técnica para supernovas bem mais distantes, formadas então, no início da história do Universo.

Felizmente nesse caso, foi encontrado um tipo especial de supernovas tipo 1a (acima)  geradas por “reações termonucleares” de anãs brancas…estrelas até 40% mais massivas que o Sol – em um raio 100 vezes menor… – ricas em ‘carbono’ e ‘oxigênio’.

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 o “pipocar” 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 ‘controvérsiasO argumento é que, como o ambiente de formação estelar está previsto para evoluir com o tempo… o nascimento e morte das estrelas contamina o ‘berçário estelar‘ com metais. No universo mais jovem, estrelas assim formadas teriam concentração de ‘elementos pesados (determinantes à evolução estelar)…muito menor – do que aquela encontrada…nas estrelas mais jovens.    Dessa forma – a comparação das supernovas de ‘alto redshift’ … com supernovas mais próximas não garantiria segurança na determinação de magnitudes absolutas, e assim,    as distâncias calculadas estariam incorretas… – invalidando ‘deduções observacionais’.

Além da abordagem cosmográfica, resta a possibilidade da nossa visão ser  obscurecida pela “poeira cósmica (nesse caso…supernovas mais distantes pareceriam cada vez fracas – dando a ilusão de um “universo acelerado”.)

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 agora, não foi encontrada qualquer relação entre o ambiente e a luminosidade…muito menos qualquer efeito que assegure o erro das medidas. Por outro lado…já existem vários projetos que visam a uma sistemática varredura de todo espaço…em busca de um nº cada vez maior de supernovas observáveis com alto redshift…o que poderia dar 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).

O enigma da “aceleração da expansão”                                                                                Com base nestas técnicas, cada vez mais sofisticadas, cientistas perceberam                    que a energia escura já vem exercendo impacto sobre as galáxias… há pelo                    menos 9 bilhões de anos…e, que a expansão do Universo, de fato, começou a                        se acelerar…tão recentemente… – quanto a cerca de 5 bilhões de anos atrás.         

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 até começou a perder velocidade. Os cientistas porém…não entendem por que…cerca de 5 bilhões de anos atrás, influenciado por uma força (energia escura) até então desconhecida, que se tornou a dominante do Cosmoso Universo voltou a se expandir aceleradamente.

energiaescura-graficoNa…figura ao lado – a coluna vertical representa ataxa de expansão do Universo — e…a linha horizontal corresponde, ao tempo decorridodesde o Big Bang; enquanto o ponto vermelho, indica inflexão da desaceleração do Universo,    11 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 acelerandoNa verdade,    o universo começou essa aceleração muito tempo atrás 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, afinal…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‘.

O problema da ‘constante cosmológica‘                                                                                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 resolvido assim?

A confirmação da existência de uma ‘energia escura’ (gravitacionalmente repulsiva) traria drásticas consequências aos fundamentos da física. Entre estas, estão…preenchimento do universo com um ‘mar uniforme’ de energia quântica do ponto zeroou, um ‘condensado’ de novas partículas (“exóticas”)…com massa 10e-39 vezes menor… – do que a do ‘elétron’.  Alguns pesquisadores também sugerem mudanças na “Teoria Geral da Relatividadetal como uma nova força de longo alcance atenuando a gravidade. – Mas, o principal entrave  é que a densidade de energia do ponto-zero teria de se ajustar por um fator enorme, de precisamente 10e¹²º abaixo da previsão teórica… – Esse é o bem conhecido ‘problema da constante cosmológica‘… – no qual as “teorias quânticas de campo“…preveem um valor muito maior para esta constante, a partir do cálculo da “energia do vácuo quântico”.

O problema da ‘massa crítica’

A massa observada das galáxias e aglomerados está muito aquém de sua correspondente massa gravitacional. – Esta diferença é atribuída à presença de ‘matéria escura‘…Mas, observações sugerem que a quantidade total de matéria no “universo plano” – incluindo  aí a ‘matéria escura’…representa apenas 1/3 do total de sua energia. Com efeito, sabendo-se que a Relatividade Geral prevê uma conexão precisa entre a expansão e o conteúdo de energia do universo…teríamos dessa forma, que a ‘densidade total de energia‘…para todos os fótons, átomos, matéria escura… e tudo o mais… – deveria 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 bastante precisão – por meio de medidas da “RCFM“.

Radiação Cósmica de Fundo em Microondase 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 das regiões é definido pela ‘física de plasma‘.

Numa superfície plana, com geometria euclidiana… – o tamanho          angular aparente destas anisotropias seria cerca de 0,5º… sendo                  o universo encurvado o bastante…para preencher a diferença da    densidade de energia – e, duas vezes maior… – sem 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 a 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 explicar a origem das flutuações na CMB, já propunha…nos instantes iniciais do Universo…um período de expansão acelerada, impulsionada pelo…‘inflaton’…que teria estendido a curvatura espacial em larga escala, a ponto de deixar a geometria do Universo…plana (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 observável.

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 escuraÉ como se os “poços de potencial gravitacional das regiões superdensas no universo…fossem esticados…e, ficassem mais rasos ao longo do tempo…como se estivessem sob influência de uma repulsão gravitacional. – Este fenômeno singular, 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 assim atribuída à pressão negativa da ‘energia escura‘…A diminuição do ‘potencial gravitacional‘ causaria 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” … (gigantescas 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 aumenta durante o processo, o fóton perde energia. Caso contrário, fica mais energético.  Em um Universo onde a densidade críticada energia total se origina apenas de átomos      e matéria escura; fracos potenciais gravitacionais, sobre longas escalas de comprimento, evoluem bem devagar (‘ondas suaves’ na densidade de matéria) deixando alguma marca visível nos fótons da CMB. Tais regiões circundantes, superdensas, meramente agregam matéria, ao mesmo ritmo que a expansão cósmica estica as ondas, deixando inalterados, os potenciais. Contudo, sob a ação de uma taxa de expansão maior, de um Universo que contém “energia escura”, a acreção de matéria não pode acompanhar o alongamentoe desse modo o “colapso gravitacional” é retardado pela repulsão da ‘energia escura’.

Assim, potenciais gravitacionais crescem mais horizontalmente, e fótons ganham energia, à medida que atravessam o vazio (e perdemtranspondo regiões massivas). — Como, em larga escala, “potenciais gravitacionais”…experimentados por fótons CMB correspondem, em vários comprimentos de onda…às mesmas superdensas ou rarefeitas regiões do mapa celeste dos aglomerados galáticos, isso significa que fótons CMB proveem da região onde aglomerados galáticos ligeiramente se aquecem pelo ‘efeito ISW’. É então possível uma correlação positiva entre a “temperatura CMB” e “padrões de estrutura”do Universo.

O primeiro mapa da energia escura (sobre a radiação cósmica de fundo)                   “Com este método…pela primeira vez…podemos ver como os ‘supervazios   e ‘superagrupamentos se portam…quando microondas os atravessam”.

mapa-universo-energia-escura

A imagem da figura ao lado mostra o mapeamento da variação da força da radiação em microondas…espalhada pelo Big Banga ‘RCFM’, em relação aos 50 maiores supervazios…avoids (círculos azuis); como também… aos 50 maiores super-agrupamentos, evidenciados em círculos vermelhos.

Como previsto, as ‘micro-ondas’ eram um pouco mais fortes ao passarem através de um ‘super-agrupamento‘ … e um pouco mais fracas, atravessando 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 primordial (tais áreas foram preditas pela hipótese de existência da ‘energia escura’)Um fóton – viajando através do Universoganha energia quando entra em uma região densamente povoada por galáxias, repleta de energia gravitacional’; 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… ‘aproximadamente 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 bem pequeno – o exame ficou concentrado em áreas, nos 2 extremos desses 3.000 superaglomerados de galáxias…e 500 “supervazios“… – De acordo com os cálculos…a chance de que o mapa produzido não seja causado pela energia escura é de 1 em 200 mil…E, 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 microondas 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                efeitos da ‘energia escura’ sobre distâncias menores que cerca de 100 Mpco que representa uma escala totalmente 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 semelhante ao arremesso de uma pedra em um lago, formando ondas que se alongam… ao se afastar do ‘epicentro‘… — identificou-se certos ‘padrões‘…na luz de quasares… absorvida por nuvens de hidrogênioComo assim explica… a astrofísica Licia Verde, do Instituto Bellaterra, Espanha: 

“Trata-se de uma ‘sinfonia cósmica’… – Você, na verdade,                                  está vendo som… e o som pode ajudar a entender o modo                            pelo qual — 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 termodinâmica de estado” (relação pressão/densidade) da ‘energia escura’,    pode indicar um bom caminho de investigação sobre sua dinâmica comportamental. 

Considerando que a ‘energia escura‘ seja a energia quântico do vácuo… será 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 seria a quintessência… E ainda, não podemos descartar, o que poderia acontecer se w for 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, qualquer    que seja a resposta… – algo de muito misterioso (no ar) está… – em ação (no cosmos).

As w-possibilidades                                                                                                                A livre existência da energia quântico do vácuo não se questiona. Se, a contribuição cósmica é nula… ou, se ajusta às condições – é um dos desafios pendentes na física.

  • 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.

  • 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/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 quasi-partículas com uma massa cerca de 10e-³³ eV. 

Enquanto o ‘inflaton‘ pode ser visto como a versão mais pesada do ‘Higgs’…uma forma proposta de “energia escura”…a ‘quintessência‘…pode ser uma versão ainda mais leve.

  • 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.

“Equação de estado” da energia escura

A suposição de uma substância gravitacionalmente repulsiva, representa o maior mistério da “aceleração cósmica”…Examinar essa estranha propriedade da energia escura é útil na introdução de um parâmetro termodinâmico semelhante à ‘equação de estado’ de um gás; ou seja…Wo = pdark/ρdark…onde pdark e ρdark representam a ‘pressão média‘, e a ‘densidade média‘ da ‘energia escura‘…em um universo homogêneo, isotrópico, sem fricção ou condução de calor (“fluido perfeito”).

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… (pela “relatividade geral”) inversamente proporcional a (ρtotal+3ptotal) onde ρtotal é a densidade de toda          energia/matéria do universo, e ptotal…a pressão necessária para uma expansão acelerada…essa “taxa de expansão” deve ser positiva… (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.

energia escura

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.

Einstein demonstrou que matéria e energia curvam o espaçotempo… Portanto, para um gás quente, os movimentos cinéticos de seus átomos…contribuem para 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 (adiabática) atribuída a efeitos dos gases quentes,  é efetivamente retardada, pela atração de sua própria gravidade… – mais do que se fosse preenchido com mesma densidade de energia de um gás friodespressurizado. Por essa razão, um meio com uma “pressão negativa irá se expandir mais rapidamente – pela ação de sua própria…‘antigravidade’. A princípio não há limite inferior para a pressão no Universoembora ‘coisas estranhas’ aconteçam para w abaixo de -1 (um tal material poderia ter massa negativa; a qual poderia ser necessária para se manter um buraco de minhoca aberto)…Mas, uma coisa é certa…tal pressão fortemente negativa não acontece aos campos e partículas comuns à Relatividade Geral. Porém, pressão negativanão é um fenômeno tão raro assim. Uma “chuveirada” de “bósons de Higgs”, por exemplo…ao nível microscópico, exerce “pressão negativa” para…”micro- excitações termo-cinéticas”. 

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.            Por consequência…na ‘versão atual’ o universo é constituído 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 para… ‘impulsionar‘            uma expansão acelerada, isto é, a propriedade da ‘energia escura‘…porém, num            grau absurdamente maior do que o necessário (120 ordens de magnitude a mais).

tachyon

Segundo a ‘relatividade’…energia equivale à massa (como ‘fonte de gravidade’), ou seja…a “energia de ponto zero” deveria… ‘gravitar’ – o que significa… produzir uma ‘curvatura positiva‘ … dentro do  ‘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 aproximado… de um pequeno ‘grão de 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 “densidade de energia do ponto-zero ser assumida constante –            não importando o quanto o universo se expanda… – ele não se dilui… – porém, em contrapartida, mais energia do ponto-zero é assumida como 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 é uma energia do vácuo?…                                                                        “O estranho acoplamento é resultado da hipótese do ‘vácuo do espaço’ não ser tão vazio quanto se pensava… Ou seja – de ser “encrespado” pelas flutuações quânticas de 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. Neste caso, então, o problema da energia escura está resolvido (numa 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)

gato de Schrödinger’, numa analogia criada para explicar a natureza quântica da matéria. (G. Lemos)

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

O ‘nada’ do vácuo espacial, na realidade é feito de…”turbulências” espaçotemporais subatômicas em distâncias ínfimas… – só mensuráveis na escala de Planck (onde    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…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.

Problemas na “energia do ponto-zero”

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 persiste há décadas…O grande problema contudo, 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 Heisenberg sobre a probabilidade de um elétron se localizar na camada isolante, e…sob certas circunstâncias, tunelar através dessa camada num “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 Efeito Casimir, e Desvio 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 por observações astronômicas acerca da quantidade de energia escura do Universo em relação àenergia do vácuo‘. – O valor finito da densidade dessa energia acarreta…então – dentro do limite observacional para correntes geradas pelas ‘flutuações do ponto-zero’, um valor acima da 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 Caldwell (2004) Consulta: Energia Escura (1ª evidência) (dez/2008) ”””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””

‘O Universo Escuro’ – Ricardo Oliveira de Mello (UTFPR)                                                   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 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.

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.

Há 13 bilhões de anos os 1ºs fótons escaparam, no “último espalhamento”, sofrendo um subsequente alongamento de seu comprimento de onda – até a escala de microondas atual, devido à expansão do universo. Ocorre que nas centenas de milhares de anos anteriores a esta era — a luta da luz contra a gravidade criou ondas sonoras estacionárias,  viajando pelo plasma… a 1/2 da velocidade da luz.  Com fótons e íons fortemente acoplados…à época do “plasma primordial”… a luta entre gravidade e ‘pressão de radiação‘… produziu regiões de lenta contração…e expansão oscilatórias. – Por sua vez, tais oscilações, resultaram em variações locais da curvatura do espaçotempo…gerando um redshift  da radiação … que faz a ‘RCFM’ parecer mais fria.

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“espectro de potências” medido pelo Boomerang e pelo Maxima, ambos exibindo o 1º pico acústico próximo a l=200, conforme previsão do modelo inflacionário (curva ajustada).

“Energia Escura” (c/ Inflação)

Dentro de um universo composto de matéria, radiação e energia de vácuo, Wo, parâmetro de densidade, 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 “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 da ‘estrutura do universoem 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 micro-escala 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 (1 trilionésimo do raio do próton)…para a escala atual — com raio de Hubble 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’ em um campo escalar. Isto é interpretado como o  decaimento do vácuo para um estado de energia potencial ainda menor, convertendo  a ‘energia de vácuo‘ numa radiação de fundo repulsiva, permeando todo o espaço.

Assim, sendo constante…esta densidade de energia potencial mínima do campo escalar, pode se incorporar às equações de Einstein, sob a forma de uma constante cosmológica (Λ), produzindo, da energia quântica de vácuo, uma ‘força repulsiva inflacionária’. 

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Da lei de Hubble à 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, como consequência lógica … sua distância até nós.’

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.

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.

Até 1995 o número de supernovas tipo Ia longínquas observadas era pequeno… e a maior parte dos cosmólogos estava 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 desse ano… astrônomos do “Projeto de Cosmologia em Supernovas”, provaram o erro dos céticos. Já em 1999 mais de 120 supernovas longínquas tipo Ia foram analisadas. — A divulgação dos resultados…em abril de 2001, da análise de dados da SN 1997ffa supernova Ia mais distante já observada, a mais de 11 bilhões de anos-luz graças ao astrofísico Peter Nugent, da Berkeley (UCLA), com ajuda de um “supercomputador IBM”… mostrou que galáxias de alto redshift se moviam mais lentamente que hoje… de modo a causar 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 em perturbações de densidade gaussianas“; 3) espectro quase-invariante-de-escala de “ondas gravitacionais“…Com efeito, 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 à 3:

“Ondas gravitacionais” foram (oficialmente) detetadas em 14/09/2015 pelo Observatório da Interferometria a Laser de Ondas Gravitacionais (LIGO) ao capturar perturbações (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”.  ”””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””

Uma alternativa à Energia Escura?… (jan/2009)

Em 1998, estudos de supernovas do tipo Ia indicaram que o Universo não estava apenas se expandindo, mas que esta expansão se acelerava. Como justificativa, especulou-se sobre a existência de uma força repulsiva…batizada de ‘Energia Escura‘. Embora esta tenha se tornado a teoria mais bem aceita nos ‘meios acadêmicos’, existem outras explicações…e, dentre estas … a possibilidade da Terra se encontrar próxima ao centro de uma gigantesca “bolha de vácuo” (“AVOID”) (remanescente do Universo primordial), quase sem matéria.

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VAZIO KBC

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. – Portanto, vale a pena analisar a hipótese de estarmos no interior de um “espaço vazio de matéria”… Foi isso 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) Textos para Consulta: “Universo pode não estar em ritmo acelerado de expansão” (jun/2011) ######### “Novas dúvidas sobre a aceleração da expansão”  (nov/2016) ””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””””

Expansão do Universo não é uniforme (Salvador Nogueira, jul.2018)                            Pesquisadores australianos demonstraram que a expansão do universo não                     segue o mesmo ritmo em todas as partes do cosmos — o que pode ajudar a                     explicar discrepâncias entre medidas locais e globais, obtidas da expansão.

Hayley Macpherson — e colegas … da Universidade Monash — Austrália,  recriaram o cosmos, em computador,  partindo de equações relativísticas, e medidas da “CMB” (um eco de luz do “Big Bang” — registrado pelo ‘satélite Planck’). Assim estimou-se o grau de heterogeneidade cósmico primordial, supondo uma “matéria fluida”com movimento dado por equações “RG”.

Os resultados foram apresentados em 2 artigos, submetidos aos periódicos “Physical Review X” e “Astrophysical Journal Letters“.

Na simulação, o grupo encontrou um quadro bastante familiar … com a formação da chamada “teia cósmica”…maiores estruturas do Universo, compostas por enormes filamentos com incontáveis galáxias em meio a grandes vazios. – Os cientistas então constataram, que a “expansão cósmica“… – iniciada com o “Big Bang” – avança significativamente mais rápida…em regiões onde há menor concentração de matéria,        do que nas que compõem as regiões gravitacionalmente mais densas da teia cósmica.

E essa pode ser a chave para compreender um recente conflito na variação de estimativas da chamada ‘constante de Hubble’, a taxa de expansão cósmica. Enquanto medições com base na “radiação de fundo” indicam que a constante é de 67 km/s/Mpc, estimativas com base em objetos astrofísicos mais próximos apontavam uma taxa local de expansão de 73 km/s/Mpc… Essa discrepância tem sido uma enorme ‘dor de cabeça’ para os cosmólogos, mas talvez possa ao menos em parte ser explicada pela variação local da expansão…Caso isso se confirme – é sinal de que estamos…numa região relativamente vazia do Universo, onde a expansão avança mais depressa do que a média global (via RCFM). (texto base*********************************************************************************

O mistério mais sombrio do cosmos profundo (set/2019)                                          “Há muito, muito tempo atrás, quando o universo tinha apenas cerca de 100 mil anos…e, era um zumbido crescente de partículas e radiação…um estranho novo campo de energia foi ligado. Essa energia impregnou o espaço com uma espécie de ‘antigravidade cósmica’, proporcionando um… – violento impulso… – à expansão do universo.” (Dennis Overbye)

rate-of-the-expansion“É possível que haja uma nova física ainda desconhecida acontecendo no universo primordial a qual devemos compreender”; assim comentou Inh Jee, do “Instituto Max Plank” sobre variações na taxa de expansão do universo (constante Hubble)uma ferramenta indispensável, na busca do conhecimento…sobre as origens do universo. Essas variações fazem acreditar… – que estamos cada vez mais próximos da velocidade exata.

Em 1998, duas equipes independentes de pesquisadores, surpreendentemente…chegaram à mesma conclusão: que a taxa de expansão (Ho), suposta como constante…na verdade se acelera com a distância, e que assim…o universo está repleto de uma misteriosa “energia escura“, causa de sua aceleração desde o ‘Big Bang‘ (…prêmio Nobel de Física em 2011).  Mais recentemente, em um artigo publicado em 02/03/2019: Dark Energy – “New Exotic Matter ou ET Force Field?”, o “The Daily Galaxy” trouxe uma visão controversa sugerindo que essa energia escura pode estar ficando cada vez mais forte e densa – fatalmente…com isso, levando a um futuro no qual átomos se desconectarão — e o universo chegará ao fim.

“Tensão Hubble”                                                                                                                          Duas técnicas independentes fornecem respostas precisas, mas incompatíveis“. 

Então depois de mais uns outros 100 mil anos…o novo campo simplesmente se apagou, deixando apenas vestígios de um universo acelerado, diz uma equipe de astrônomos da Universidade Johns Hopkins liderada por Adam Riess, professor emérito, ganhador do Nobel, e uma das maiores autoridades em “constante de Hubble”…Num salto ousado e especulativo ao passado, a equipe postulou a existência desse exótico “campo de forças” para explicar o desconcertante ‘quebra-cabeça’ astronômico do Universo, parecer estar    se expandindo mais rápido do que era de se esperar – por uma constante de Hubble.      A “tese de Riess” é a 1ª a fornecer uma possível explicação ao fenômeno, ao considerar uma ‘tensão inicial’ no universo primitivo devido a uma descarga de ‘energia escura‘ logo após o…“Big Bang”… – dando-lhe o impulso que melhor corresponde a todas as observações experimentais até hoje. Nesse sentido, a teoria mostra como essa “tensão” pode revelar novas propriedades características do nosso universo; fazendo previsões,      as quais se tornariam passíveis de testes experimentais, em razoável espaço de tempo.

darkenergyMas um outro estudo realizado por pesquisadores do “Instituto Max Planck” … além de outros centros universitários – descreve um novo ‘método’ de estimar o crescimento acelerado do Universo; elevando a taxa de expansão a 82,4 kms/seg/ megaparsec – um valor acima dos cálculos prévios…mas, admitindo uma margem de erro de 10%; isto        é, dentro do intervalo … [74 a 90].

Os cientistas dizem que diferenças entre os vários métodos, não                                          são erros de cálculomas, podem ser sinais de divergências na                        interpretação…de como a teoria “Big Bang” explica o cosmos.

As “metodologias” (Supernovas…CMB…Lentes gravitacionais)                                              “A descoberta da energia escura revolucionou o modo sobre como                                         pensamos as leis da natureza“. (Edward Witten — “Princeton”)

Sabe-se, há décadas, que o universo está se expandindo, mas a pesquisa nos últimos anos abalou os cálculos sobre a velocidade do crescimento – levantando complicadas questões sobre as ‘teorias cosmológicas’. A taxa de expansão (“constante de Hubble”) é ferramenta central na busca para desvendar as origens do universo, considerando que os astrofísicos acreditam se aproximar cada vez mais de uma velocidade exataSua unidade de medida  é kms/seg/megaparseconde 1 Mpc corresponde a 3 milhões de anos-luz. – Conforme 2 métodos diferentes (supernovas e CMB), a taxa de expansão é de 67,4…ou 73. A variação desses métodos de medição significa que as galáxias a 3 milhões de anos-luz de distância (1 megaparsec), recuariam a 67, 73…ou, de acordo com esta última estimativa, 82 kms/s.

O novo cálculo, baseado lentes gravitacionais, analisa como a luz se curva                          em torno a grandes galáxias. A ampla margem de erro do estudo…pode                          não ajudar a ajustar a “constante do Hubble”…mas o método contribui no                            debate sobre problemas fundamentais na teoria cosmológica. (texto base) ************************(texto complementar)************************

O VÁCUO CONTRA-ATACA. (last but not least)                                                                        A física moderna demonstrou que o vácuo, antes considerado um estado de total nulidade, na verdade, é um “suporte ativo” de ‘partículas virtuais’ entrando e saindo continuamente da existência, até obterem 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) – no CERN, em Genebra, acredita-se que uma das principais fontes de perdas nos “feixes de partículas”, 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 elétron/ pósitron, em que o pósitron some no espaço, enquanto o elétron se agarra num dos íons.

ION

(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 John Jowett, cientista do CERN…esta problemática classe de eventos – mais conhecida por “produção de par acoplado-livre” (“bound-free-pair production”…onde “acoplado”    se refere ao ‘elétron’…e o “livre” ao ‘posítron’) – será muito mais formidável no “LHC“.

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 mil vezes mais intenso do que no teste do RHICIsso chegaria, aproximadamente, a 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)

Sobre Cesarious

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

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