Nossa compreensão do Universo é profunda. Há apenas um século, os astrónomos realizaram uma Grande Debate discutir se a nossa galáxia era um universo insular ou se nebulosas como Andrômeda eram galáxias em um cosmos muito maior. Agora sabemos que o Universo tem milhares de milhões de anos, está sempre a expandir-se até milhares de milhões de anos-luz de diâmetro e está repleto não apenas de estrelas e galáxias, mas também de energia escura e matéria escura e fria. Os astrônomos resumem esse entendimento como o Modelo LCDMque é o modelo padrão da cosmologia. Embora os dados observacionais de que dispomos apoiem fortemente este modelo, ele apresenta desafios.
O desafio mais marcante é conhecido como tensão de Hubble. Quando medimos a taxa de expansão cósmica de várias maneiras, podemos calcular o que é conhecido como constante de Hubble ou parâmetro de Hubble, que define a taxa de expansão cósmica. Esta taxa também nos diz coisas como a idade do Universo e a densidade média da energia escura e da matéria. Embora as várias observações geralmente se agrupem em torno de 68-69 km/s/Mpc, vários dos métodos fornecem resultados fora dessa faixa. Existem algumas evidências que apoiam a ideia de que a taxa atual de expansão cósmica é maior do que durante o início do Universo, o que é conhecido como tensão de cisalhamento cósmico. Tudo isto significa que ou alguns dos nossos métodos estão errados de alguma forma ou há um aspecto fundamental da expansão cósmica que ainda não compreendemos.
Relacionados a isso estão os mistérios que cercam a energia escura. Dentro do modelo padrão, a energia escura é uma propriedade do espaço e do tempo e é universal em todo o cosmos. Mas existe uma visão alternativa que sustenta que a energia escura é um campo escalar independente dentro do espaço-tempo, por vezes referido como quintessência. Observações como a escala de agrupamento de galáxias geralmente apoiam o primeiro modelo, mas existem alguns estudos aqui e ali que sugerem o último. Ainda não temos dados suficientes para descartar completamente qualquer um deles.
Depois, é claro, existe o grande bicho-papão da matéria escura. As observações apoiam fortemente a sua existência e que a matéria escura constitui a maior parte da matéria do Universo. Mas dentro do modelo padrão da física de partículas, não há nada que possa incluir a matéria escura, e inúmeras experiências que tentam detectar directamente a matéria escura não produziram nada até agora. Modelos alternativos, como a gravidade modificada, podem ser responsáveis por algumas das nossas observações, mas os modelos devem ser ajustados apenas para se ajustarem aos dados, e nenhuma abordagem alternativa concorda com todas as nossas observações. A matéria escura permanece central para o modelo cosmológico padrão, mas a sua verdadeira natureza permanece na sombra.
Em suma, estamos tentadoramente perto de um modelo completo e unificador do Universo, mas existem mistérios profundos e subtis que ainda temos de resolver. Precisamos de mais ideias teóricas e precisamos desesperadamente de mais dados observacionais. Felizmente, existem projetos interessantes em andamento que poderão resolver esses mistérios num futuro próximo.
Uma delas é a pesquisa do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), que está atualmente em andamento. Ao longo do projeto de cinco anos, o DESI observará os espectros de mais de 35 milhões de galáxias distantes, dando-nos um mapa 3D detalhado do Universo. Em comparação, o Sloan Digital Sky Survey (SDSS) reuniu dados sobre 4 milhões de galáxias e deu-nos a visão mais detalhada do aglomerado galáctico na altura. Com o DESI, seremos capazes de ver a interação entre a matéria escura e a energia escura ao longo de milhares de milhões de anos e, esperançosamente, determinar se a energia escura é constante ou muda ao longo do tempo.
Outra ferramenta útil será o observatório Vera Rubin, que deverá ficar online dentro de alguns meses. Ao nos fornecer um mapa do céu em alta resolução a cada poucos dias, Rubin nos permitirá estudar fenômenos transitórios, como supernovas, usadas para medir a expansão cósmica. Também nos dará uma visão rica da matéria dentro da nossa galáxia e poderá revelar aspectos de como essa matéria interage com a matéria escura.
Mais adiante, estão planejados projetos como o Telescópio Espectroscópico de Campo Amplo (WST), que ampliará as capacidades do observatório Rubin, e o Spec-S5, que complementará as pesquisas do DESI. Ambos ainda estão em fase de planeamento, mas poderão tornar-se os inquéritos IDES. Ambos ainda estão em fase de planejamento, mas poderão entrar em operação dentro de uma década ou mais.
Na década de 1920, o Grande Debate da Astronomia foi resolvido graças a uma riqueza de dados. A ascensão da astronomia fotográfica permitiu-nos ver o Universo de novas formas transformadoras e tornou possível a cosmologia moderna. Estamos agora a entrar numa era de astronomia de grandes dados, onde telescópios de campo amplo e grandes rastreios fornecerão mais dados numa noite do que poderiam ser recolhidos num ano há apenas algumas décadas. Preparem-se para outra era revolucionária da astronomia.
Referência: Palanque-Delabrouille, N. “Direções futuras na cosmologia.” Pré-impressão arXiv arXiv:2411.03597 (2024).
