De todos os mistérios que astrônomos e cosmólogos enfrentam hoje, a “Tensão de Hubble” continua persistente! Este termo se refere à aparente inconsistência da expansão do Universo (também conhecida como Constante de Hubble) quando as medições locais são comparadas às da Radiação Cósmica de Fundo de Micro-ondas (CMB). Os astrônomos esperavam que as observações das primeiras galáxias no Universo pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) resolvessem esse mistério. Infelizmente, Webb confirmou que as medições anteriores estavam corretas, então a “tensão” perdura.
Desde que o JWST fez suas observações, vários cientistas sugeriram que a existência de Energia Escura Inicial (EDE) pode explicar a Tensão de Hubble. Em um estudo recente apoiado pela NASA e pela Fundação Nacional de Ciências (NSF), pesquisadores da Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) sugeriu que EDE poderia resolver dois mistérios cosmológicos. Além da Tensão de Hubble, pode explicar por que Webb observou tantas galáxias quanto observou durante o Universo inicial. De acordo com os modelos cosmológicos atuais, o Universo deveria ter sido muito menos povoado na época.
A pesquisa foi liderada por Xuejian Shen e seus colegas do Departamento de Física e da Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial (MTK) no MIT. Eles foram acompanhados por pesquisadores do Instituto NSF AI para Inteligência Artificial e Interações Fundamentais (IAIFI) no MIT, na Universidade do Texas em Austin e na Instituto Kavli de Cosmologia (KICC) e Laboratório Cavendish na Universidade de Cambridge. O artigo detalhando suas descobertas foi publicado recentemente no Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
Para recapitular, a Energia Escura é a forma teórica de energia que se acredita estar impulsionando a expansão do Universo hoje. A teoria surgiu pela primeira vez na década de 1990 para explicar observações do venerável Telescópio Espacial Hubbleque mostrou que a expansão cósmica parecia estar acelerando ao longo do tempo. EDE é semelhante, mas acredita-se que tenha aparecido brevemente logo após o Big Bang, que desapareceu após influenciar a expansão do Universo primitivo. Como a Energia Escura, essa força teria neutralizado a atração gravitacional das galáxias primitivas e acelerado temporariamente a expansão do Universo.
A existência dessa energia também explicaria por que as medições da Constante de Hubble são inconsistentes entre si. A menos que a Relatividade Geral esteja errada (apesar de ter sido provada repetidamente por mais de um século), a EDE é considerada a solução mais provável para a Tensão de Hubble. Da mesma forma, as observações de Webb em 2023 revelaram um número surpreendente de galáxias brilhantes apenas 500 milhões de anos após o Big Bang que eram comparáveis em tamanho à Via Láctea moderna. Essas descobertas desafiam os modelos convencionais de formação de galáxias, que preveem que as galáxias levam bilhões de anos para se formar e crescer.
Para seu estudo, a equipe se concentrou na formação de “Halos de Matéria Escura”, a região hipotética que permite que protogaláxias acumulem gás e poeira, levando à formação e crescimento de estrelas. Como quando dito em um recente Matéria de notícias do MIT:
“As galáxias brilhantes que o JWST viu seriam como ver um aglomerado de luzes ao redor de grandes cidades, enquanto a teoria prevê algo como a luz ao redor de cenários mais rurais como o Parque Nacional de Yellowstone. E não esperamos esse aglomerado de luz tão cedo. Acreditamos que os halos de matéria escura são o esqueleto invisível do universo. As estruturas de matéria escura se formam primeiro, e então as galáxias se formam dentro dessas estruturas. Então, esperamos que o número de galáxias brilhantes seja proporcional ao número de grandes halos de matéria escura.”
A equipe desenvolveu uma estrutura empírica para a formação inicial de galáxias que incorporou os seis principais “parâmetros cosmológicos” — os termos matemáticos básicos que descrevem a evolução do Universo. Isso inclui a Constante de Hubble, que descreve a expansão cósmica, enquanto os parâmetros descrevem as flutuações de densidade imediatamente após o Big Bang, a partir do qual os halos de matéria escura se formaram. A equipe teorizou que se a EDE afeta a expansão cósmica inicial, ela também pode afetar outros parâmetros que podem explicar o surgimento de muitas galáxias grandes logo depois.
Para testar sua teoria, a equipe modelou a formação de galáxias dentro das primeiras centenas de milhões de anos do Universo. Este modelo incorporou EDE para determinar como as primeiras estruturas de matéria escura evoluíram e deram origem às primeiras galáxias no Universo. Como o coautor do estudo Rohan Naidu, um pós-doutorado com o MKI, explicou:
“Você tem esses dois quebra-cabeças abertos iminentes. Descobrimos que, de fato, a energia escura inicial é uma solução muito elegante e esparsa para dois dos problemas mais urgentes da cosmologia. O que mostramos é que a estrutura esquelética do universo inicial é alterada de uma forma sutil, onde a amplitude das flutuações aumenta, e você obtém halos maiores e galáxias mais brilhantes que estão no lugar em épocas anteriores, mais do que em nossos modelos mais comuns. Isso significa que as coisas eram mais abundantes e mais agrupadas no universo inicial.”
““Demonstramos o potencial da energia escura inicial como uma solução unificada para os dois principais problemas enfrentados pela cosmologia”, acrescentou o coautor Mark Vogelsberger, professor de física do MIT. “Isso pode ser uma evidência de sua existência se as descobertas observacionais do JWST forem consolidadas ainda mais. No futuro, podemos incorporar isso em grandes simulações cosmológicas para ver quais previsões detalhadas obtemos.”
Leitura adicional: Notícias do MIT, MNRAS
Fonte: InfoMoney
