Inesperadamente, o Universo está ficando cada vez mais quente à medida que se expande

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Estrutura em grande escala da teia cósmica de filamentos de gás no início do Universo. Crédito: Colaboração da TNG.

Por Matt Williams
Publicado no Universe Today

Por quase um século, os astrônomos entenderam que o Universo está em um estado de expansão. Desde a década de 1990, eles compreenderam que, desde há pelo menos 4 bilhões de anos, a taxa de expansão está se acelerando.

Conforme isso progride, e os aglomerados de galáxias e filamentos do Universo se distanciam cada vez mais, os cientistas teorizam que a temperatura média do Universo diminuirá gradualmente.

No entanto, de acordo com uma nova pesquisa liderada pelo Centro de Cosmologia e Física de AstroPartículas (CCAPP) da Universidade do Estado de Ohio (EUA), parece que o Universo está realmente ficando mais quente com o passar do tempo.

Depois de investigar a história térmica do Universo nos últimos 10 bilhões de anos, a equipe concluiu que a temperatura média do gás cósmico aumentou mais de 10 vezes e atingiu cerca de 2,2 milhões K (~2,2°C) nos dias de hoje.

O estudo que descreve suas descobertas, “The Cosmic Thermal History Probed by Sunyaev-Zeldovich Effect Tomography“, apareceu recentemente no The Astrophysical Journal.

O estudo foi conduzido por Yi-Kuan Chiang, um pesquisador do CCAP, e incluiu membros do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU), da Universidade Johns Hopkins e do Instituto Max-Planck para Astrofísica.

Para o seu estudo, a equipe examinou os dados térmicos da Estrutura de Grande Escala do Universo. Isso se refere a padrões de galáxias e matéria na maior das escalas cósmicas, que é o resultado do colapso gravitacional da matéria escura e do gás.

Como o Dr. Chiang explicou em um comunicado de imprensa do estado de Ohio:

“Nossa nova medição fornece uma confirmação direta do trabalho seminal de Jim Peebles – o Prêmio Nobel de Física de 2019 -, que expôs a teoria de como a estrutura em grande escala se forma no Universo. Conforme o Universo evolui, a gravidade puxa a matéria escura e gás no espaço juntos em galáxias e aglomerados de galáxias. O arrasto é violento – tão violento que mais e mais gás se chocam e aquecem”.

Para medir as mudanças térmicas nos últimos 10 bilhões de anos, Chiang e seus colegas combinaram dados do Planck Infrared Astronomical Satellite da ESA e do Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Enquanto o Planck foi a primeira missão europeia a medir a temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o SDSS é uma pesquisa multiespectral massiva que criou os mapas 3D mais detalhados do Universo.

Dados de todo o céu mostrando os diferentes comprimentos de onda. Tradução da imagem: o céu visto pelo Planck (the sky as seen by Planck). Crédito: ESA.

A partir desses conjuntos de dados, a equipe correlacionou oito dos mapas de intensidade do céu de Planck com 2 milhões de referências espectroscópicas do desvio para o vermelho do SDSS. Combinando medições do desvio para o vermelho (que são rotineiramente usadas para determinar a velocidade com que os objetos estão se afastando de nós) e estimativas de temperatura com base na luz, a equipe comparou a temperatura de nuvens de gás mais distantes (praticamente, olhando para o passado distante) com aquelas mais próximas da Terra.

A partir disso, a equipe de pesquisa foi capaz de confirmar que a temperatura média dos gases no início do Universo (cerca de 4 bilhões após o Big Bang) era menor do que agora. Isso aparentemente se deve ao colapso gravitacional da estrutura cósmica ao longo do tempo, uma tendência que continuará e se tornará mais intensa à medida que a expansão do Universo continuar se acelerando.

Como Chiang resumiu, o Universo está se aquecendo por causa do processo natural de formação de galáxias e estruturas, e não está relacionado às mudanças de temperatura aqui na Terra:

“Conforme o Universo evolui, a gravidade puxa a matéria escura e gás no espaço juntos em galáxias e aglomerados de galáxias. O arrasto é violento – tão violento que mais e mais gás se chocam e aquecem… Esses fenômenos estão acontecendo em escalas muito diferentes. Eles não estão de forma alguma conectados”.

No passado, muitos astrônomos argumentaram que o cosmos continuaria a esfriar à medida que se expandisse, algo que inevitavelmente resultaria no “Big Chill ” (ou “Big Freeze”). Em contraste, Chiang e seus associados mostraram que os cientistas podem cronometrar a evolução da formação da estrutura cósmica “verificando a temperatura” do Universo.

Uma seção do mapa 3D construído pelo BOSS. O retângulo na extrema esquerda mostra um recorte de 1000 graus quadrados no céu contendo cerca de 120.000 galáxias, ou cerca de 10 por cento do levantamento total. Créditos: Jeremy Tinker / SDSS-III.

Essas descobertas também podem ter implicações para as teorias que aceitam o “resfriamento cósmico” como uma conclusão precipitada. Por um lado, foi sugerido que uma possível resolução para o Paradoxo de Fermi é que as inteligências extraterrestres (IETs) estão dormentes e esperando que as condições do Universo melhorem (a Hipótese de Estivação).

Baseado em parte na termodinâmica da computação (o Princípio de Landauer), o argumento afirma que, à medida que o Universo esfria, as espécies avançadas seriam capazes de se afastar muito mais de suas megaestruturas. Além disso, se o cosmos vai ficar mais quente com o tempo, isso significa que o surgimento de vida se tornará menos provável com o tempo devido ao aumento da radiação cósmica?

Assumindo que não existe um mecanismo para manter um certo equilíbrio térmico, isso significaria que o Universo não terminará em um “Big Chill”, mas em um “Big Blaze”?

Como Robert Frost escreveu, “alguns dizem que o mundo acabará em fogo, outros dizem que em gelo”. Quais dessas questões se provarão corretas e quais implicações isso poderia ter para a vida no futuro, só o tempo dirá…