Quando Albert Einstein apresentou sua teoria da relatividade geral em 1915, mudou a forma como víamos o Universo. O seu modelo gravitacional mostrou como a gravidade newtoniana, que dominou a astronomia e a física durante mais de três séculos, era apenas uma aproximação de um modelo mais subtil e elegante. Einstein nos mostrou que a gravidade não é uma mera força, mas sim a base da estrutura cósmica. A gravidade, disse Einstein, definia a estrutura do espaço e do próprio tempo.
Mas no século passado aprendemos muito mais sobre o cosmos do que Einstein poderia ter imaginado. Algumas de nossas observações, como as lentes gravitacionais, confirmam claramente a relatividade geral, mas outras parecem abrir lacunas no modelo. O movimento rotacional das galáxias não corresponde apenas às previsões da gravidade, levando os astrónomos a introduzir a matéria escura. A expansão do Universo não é constante, mas está a acelerar, apontando para a presença de energia escura. Para alguns astrónomos, isto aponta para a necessidade de um novo modelo. Algo que possa explicar os movimentos de estrelas e galáxias sem a necessidade dos materiais escuros que permanecem não detectados no laboratório. As alternativas mais populares concentram-se nas teorias da gravidade modificada.
O modelo padrão da cosmologia é conhecido como modelo LCDM. O L, de lambda, é o símbolo usado na relatividade geral para representar a taxa de expansão cósmica e representa a energia escura, enquanto CDM significa matéria escura fria. Este modelo descreve um Universo em expansão que começou como um estado quente e denso há cerca de 13,78 mil milhões de anos. É um Universo composto por cerca de 5% de matéria regular, 25% de matéria escura e 70% de energia escura. Atualmente é o modelo melhor apoiado por evidências observacionais. Os modelos de gravidade modificados têm uma grande colina para escalar. Para derrubar o LCDM, eles precisam levar em conta tudo o que ele prevê, bem como eliminar a necessidade de matéria escura e energia.
Este ano, essa colina ficou muito mais íngreme. Numa série de publicações divulgadas pela colaboração Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), o modelo cosmológico padrão foi confirmado como estando em total concordância com o modelo de Einstein. A pesquisa DESI mapeou quase seis milhões de galáxias ao longo de 11 mil milhões de anos de tempo cósmico, permitindo aos astrónomos ver não apenas como as galáxias se aglomeram, mas como esse agrupamento muda ao longo do tempo. É o maior mapa 3D do Universo feito até agora.
O modelo LCDM faz previsões muito rigorosas da estrutura cósmica. Se a energia escura fosse uma espécie de força repulsiva e não uma propriedade inerente do espaço-tempo, o agrupamento evoluiria de forma diferente do observado. Se a matéria escura fosse uma ilusão de forças gravitacionais modificadas, a escala do agrupamento galáctico seria diferente. Esta última pesquisa mostra em detalhes explícitos que os modelos de gravidade modificados não se sustentam. Os resultados restringem fortemente quais modelos de gravidade modificados são possíveis e descartam muitos dos modelos atualmente propostos. Com base nestes novos resultados, o modelo cosmológico padrão de gravidade einsteiniana, matéria escura e energia escura é o que melhor se ajusta ao Universo observado.
Ainda existem mistérios que precisam ser resolvidos, principalmente a questão do Problema de tensão do Hubble. Talvez um novo modelo de gravidade modificado resolva esse mistério e finalmente derrube Einstein, mas, por enquanto, o gênio de cabelos rebeldes continua sendo o rei da colina.
Referência: Adame, A.G., et al. “DESI 2024 II: Definições de amostra, características e estatísticas de agrupamento de dois pontos.” Pré-impressão arXiv arXiv:2411.12020 (2024).
Referência: Adame, A.G., et al. “DESI 2024 V: Clustering de galáxias em formato completo de galáxias e quasares.” Pré-impressão arXiv arXiv:2411.12021 (2024).
Referência: Adame, A.G., et al. “DESI 2024 VII: Restrições cosmológicas da modelagem completa de medições de agrupamento.” Pré-impressão arXiv arXiv:2411.12022 (2024).
