"Estudar a taxa de formação de galáxias nos permite testar diretamente nossas teorias e, até agora, estamos alinhados com o que a relatividade geral prevê em escalas cosmológicas."
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Por Robert Lea
Traduzido por Marco Centurion
A relatividade geral passou por um dos testes mais precisos já realizados, graças a observações dos últimos 11 bilhões de anos de evolução cósmica coletadas pelo Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (Dark Energy Spectroscopic Instrument - DESI).
A teoria de 1915 de Albert Einstein, a relatividade geral, tem sido a melhor descrição da gravidade da humanidade nos últimos 100 anos. Cosmólogos a utilizam para modelar a evolução do cosmos – desde seus momentos iniciais até o estado atual – e para explicar como a gravidade reuniu pequenos aglomerados de matéria para formar vastas galáxias e aglomerados dessas galáxias. No entanto, enquanto a relatividade geral passou em todos os testes aplicados em escalas relativamente pequenas, poucos a desafiaram em escalas muito grandes.
Agora, cientistas realizaram um desses testes em larga escala utilizando o DESI. Eles observaram quase 6 milhões de galáxias e quasares – centros brilhantes de galáxias alimentados por buracos negros supermassivos. Talvez sem surpresa, o teste, que rastreou a evolução do universo desde que ele tinha cerca de 3 bilhões de anos, mostrou mais uma vez que a relatividade geral é a descrição correta para a gravidade.
"A relatividade geral foi muito bem testada na escala de sistemas solares, mas também precisávamos verificar se nosso pressuposto funciona em escalas muito maiores. Estudar a taxa de formação de galáxias nos permite testar diretamente nossas teorias e, até agora, estamos alinhados com o que a relatividade geral prevê em escalas cosmológicas."
afirmou Pauline Zarrouk, coautora do estudo e cosmóloga do Centro Nacional de Pesquisa Científica da França (CNRS), em comunicado.
Montado no telescópio Nicholas U. Mayall de 4 metros do Observatório Nacional de Kitt Peak, o DESI é um instrumento de última geração composto por 5.000 "olhos robóticos". O experimento está atualmente no quarto ano de um projeto de levantamento do céu que durará cinco anos e observará cerca de 40 milhões de galáxias e quasares.
Os dados deste levantamento do céu podem ser essenciais para entender a energia escura e a matéria escura, substâncias misteriosas que superam as partículas de matéria ordinária, ou comum, que compõem estrelas, planetas, luas e tudo que vemos ao nosso redor, mas que permanecem invisíveis. Coletivamente descritas como o "universo escuro", a energia escura e a matéria escura sugerem que tudo o que entendemos no cosmos representa apenas 5% de seu conteúdo.
"A matéria escura compõe cerca de um quarto do universo, e a energia escura compõe outros 70%, e realmente não sabemos o que são. A ideia de que podemos tirar fotos do universo e enfrentar essas grandes questões fundamentais é de tirar o fôlego."
disse Mark Maus, membro da equipe e doutorando no Berkeley Lab e na UC Berkeley, em um comunicado.
Pesando fantasmas cósmicos
A relatividade geral pode ser a melhor descrição da gravidade que temos, mas ela não consegue explicar todos os elementos do universo que atualmente observamos, particularmente a expansão acelerada do espaço e o efeito gravitacional da matéria escura. A aceleração da expansão do espaço é atualmente atribuída a uma força hipotética chamada energia escura, que escapa às descrições dos modelos cosmológicos baseados na relatividade geral.
Essa incapacidade de explicar a energia escura levou alguns cientistas a propor teorias alternativas à relatividade geral, baseadas em ajustes à teoria da gravidade de Isaac Newton, que foi superada pela obra-prima de Einstein. Essas teorias são geralmente conhecidas como "teorias modificadas da gravidade" e explicam observações do universo sem a necessidade de introduzir uma força desconhecida como a energia escura.
Além de validar o modelo predominante do universo baseado na relatividade geral – o modelo Lambda Cold Dark Matter (LCDM) –, os resultados do DESI também ajudaram a descartar algumas teorias modificadas da gravidade.
Os mesmos dados do DESI permitiram estabelecer um limite superior para a massa das chamadas partículas “fantasmas", os neutrinos.
Os neutrinos ganharam a reputação de fantasmas no catálogo de partículas devido à ausência de carga elétrica e ao fato de serem praticamente sem massa. Enquanto você lê esta frase, trilhões dessas partículas atravessaram o teu corpo em velocidade próxima à da luz, permanecendo indetectáveis.
Estes mesmos neutrinos são as únicas partículas fundamentais que descobrimos cujas massas não foram precisamente definidas pelos cientistas. Embora experimentos anteriores tenham estabelecido um limite inferior para a massa dos neutrinos, os resultados do DESI definiram um limite superior, fornecendo aos pesquisadores uma faixa de massa mais bem delimitada dentro da qual os neutrinos devem se situar.
Os novos resultados, baseados no primeiro ano de dados do DESI, divulgados em abril de 2024, incluem o maior mapa 3D do universo já criado. Eles mostraram que a força da energia escura parece mudar ao longo do tempo.
Os resultados do DESI divulgados em abril focaram em um fator de aglomeração de galáxias chamado oscilações acústicas de bárions (BAO), que são variações na densidade da matéria que permitem o crescimento de estruturas em grande escala. Esta nova análise desses resultados incluiu o que os pesquisadores chamam de análise de forma completa, que investigou mais detalhadamente como as galáxias e a matéria estão distribuídas em diferentes escalas no espaço.
Resultados adicionais dos segundo e terceiro anos de operações do DESI estão previstos para serem divulgados na primavera de 2025.
“Tanto os nossos resultados de BAO quanto a análise de forma completa são espetaculares. Esta é a primeira vez que o DESI analisa o crescimento da estrutura cósmica. Estamos demonstrando uma nova e impressionante capacidade de explorar a gravidade modificada e melhorar as restrições aos modelos de energia escura. E isso é apenas a ponta do iceberg.”
afirmou Dragan Huterer, co-líder da pesquisa da Universidade de Michigan, em comunicado.
Os resultados do DESI foram descritos em artigos publicados na plataforma de pesquisa arXiv na última terça-feira (19 de novembro).
Artigo encontrado em space.com (originalmente publicado em 20/11/2024)
Link para acesso ao original: https://www.space.com/desi-einstein-gravity-dark-energy
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