O Universo pode começar a encolher ‘notavelmente’ em breve, dizem cientistas

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Impressão artística da formação estelar inicial, alguns milhões de anos após o Big Bang. Crédito: NASA.

Por Brandon Specktor
Publicado na Live Science

Após quase 13,8 bilhões de anos de expansão ininterrupta, o Universo pode em breve parar e começar a se contrair lentamente, sugere uma nova pesquisa publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.

No novo estudo, três cientistas tentam modelar a natureza da energia escura – uma força misteriosa que parece estar fazendo com que o Universo se expanda cada vez mais rápido – com base em observações anteriores da expansão cósmica.

No modelo da equipe a energia escura não é uma força constante da natureza, mas uma entidade chamada quintessência, que pode decair com o tempo.

Os pesquisadores descobriram que, embora a expansão do Universo esteja acelerando há bilhões de anos, a força repulsiva da energia escura pode estar enfraquecendo.

De acordo com seu modelo, a aceleração do Universo poderia terminar rapidamente nos próximos 65 milhões de anos – então, dentro de 100 milhões de anos, o Universo poderia parar de se expandir completamente e, em vez disso, poderia entrar em uma era de contração lenta que terminaria bilhões de anos a partir de agora com a morte – ou talvez o renascimento – do tempo e do espaço.

E tudo isso pode acontecer “notavelmente” em breve, disse o coautor do estudo Paul Steinhardt, diretor do Centro de Ciências Teóricas de Princeton da Universidade de Princeton, em Nova Jersey (EUA).

“Voltando no tempo 65 milhões de anos, foi quando o asteroide de Chicxulub atingiu a Terra e eliminou os dinossauros”, disse Steinhardt à Live Science. “Em uma escala cósmica, 65 milhões de anos é um período notavelmente curto”.

Nada sobre essa teoria é controverso ou implausível, disse Gary Hinshaw, professor de física e astronomia da Universidade da Colúmbia Britânica, Canadá, que não esteve envolvido no estudo, à Live Science.

No entanto, como o modelo depende apenas de observações anteriores de expansão – e porque a natureza atual da energia escura no Universo é um mistério – as previsões neste estudo são atualmente impossíveis de testar. Por enquanto, elas só poderiam permanecer como hipóteses.

Energia do vazio

Desde a década de 1990, os cientistas entenderam que a expansão do Universo está se acelerando; o espaço entre as galáxias está se ampliando mais rápido agora do que bilhões de anos atrás.

Os cientistas nomearam a misteriosa fonte dessa aceleração de energia escura – uma entidade invisível que parece funcionar contra a gravidade, afastando os objetos mais massivos do Universo em vez de aproximá-los.

Embora a energia escura represente aproximadamente 70% da massa-energia total do Universo, suas propriedades permanecem um mistério total.

Uma teoria popular, introduzida por Albert Einstein, é que a energia escura é uma constante cosmológica – uma forma imutável de energia que é costurada no tecido do espaço-tempo. Se for esse o caso, e a força exercida pela energia escura nunca puder mudar, então o Universo deve continuar se expandindo (e acelerando) para sempre.

No entanto, uma teoria concorrente sugere que a energia escura não precisa ser constante para se encaixar nas observações anteriores da expansão cósmica.

Em vez disso, a energia escura pode ser algo chamado quintessência – um campo dinâmico que muda ao longo do tempo. (Steinhardt foi um dos três cientistas que introduziram a ideia em um estudo de 1998 na revista Physical Review Letters.)

Ao contrário da constante cosmológica, a quintessência pode ser repulsiva ou atrativa, dependendo da proporção de sua energia cinética e potencial em um determinado momento. Nos últimos 14 bilhões de anos, a quintessência foi repulsiva.

Durante a maior parte desse período, porém, contribuiu insignificantemente em comparação com a radiação e a matéria para a expansão do Universo. Isso mudou cerca de cinco bilhões de anos atrás, quando a quintessência se tornou o componente dominante e seu efeito de repulsão gravitacional fez com que a expansão do Universo acelerasse.

“A questão que estamos levantando neste estudo é: ‘Essa aceleração tem que durar para sempre?'”, disse Steinhardt. “E se não, quais são as alternativas e em quanto tempo as coisas podem mudar?”

A morte da energia escura

Em seu estudo, Steinhardt e seus colegas, Anna Ijjas, da Universidade de Nova York (EUA), e Cosmin Andrei, de Princeton, previram como as propriedades da quintessência poderiam mudar nos próximos bilhões de anos.

Para fazer isso, a equipe criou um modelo físico de quintessência, mostrando seu poder repulsivo e atrativo ao longo do tempo, para se adequar às observações anteriores da expansão do Universo. Uma vez que o modelo da equipe conseguiu reproduzir de forma confiável o histórico de expansão do Universo, eles estenderam suas previsões para o futuro.

“Para sua surpresa, a energia escura em seu modelo pode decair com o tempo”, disse Hinshaw. “Sua força pode enfraquecer. E se isso acontecer de uma certa maneira, eventualmente a propriedade antigravitacional da energia escura desaparece e ela volta a ser algo que é mais parecido com a matéria comum”.

De acordo com o modelo da equipe, a força repulsiva da energia escura pode estar no meio de um rápido declínio que potencialmente começou há bilhões de anos.

Nesse cenário, a expansão acelerada do Universo já está desacelerando hoje. Em breve, talvez dentro de cerca de 65 milhões de anos, essa aceleração poderá parar completamente – então, em apenas 100 milhões de anos, a energia escura poderá se tornar atrativa, fazendo com que todo o Universo comece a se contrair.

Em outras palavras, após quase 14 bilhões de anos de crescimento, o espaço pode começar a encolher.

“Este seria um tipo muito especial de contração que chamamos de contração lenta”, disse Steinhardt. “Em vez de se expandir, o espaço se contrai muito, muito lentamente”.

Inicialmente, a contração do Universo seria tão lenta que quaisquer humanos hipotéticos ainda vivos na Terra nem notariam uma mudança, disse Steinhardt. De acordo com o modelo da equipe, seriam necessários alguns bilhões de anos de contração lenta para o Universo atingir cerca de metade do tamanho que tem hoje.

O fim do Universo?

A partir daí, uma de duas coisas pode acontecer, disse Steinhardt. Ou o Universo se contrai até entrar em colapso em si mesmo de forma colossal, colocando fim ao espaço-tempo como o conhecemos – ou o Universo se contrai apenas o suficiente para retornar a um estado semelhante às suas condições originais e outro Big Bang – ou um grande “rebote” – ocorre, criando um novo Universo das cinzas do antigo.

Nesse segundo cenário (que Steinhardt e outro colega descreveram em um estudo de 2019 na revista Physics Letters B), o Universo segue um padrão cíclico de expansão e contração, colapsos e rebotes, que constantemente colapsam e se reconstroem.

Se isso for verdade, nosso Universo atual pode não ser o primeiro ou o único Universo, mas apenas o mais recente de uma série infinita de universos que se expandiram e se contraíram antes do nosso, disse Steinhardt. E tudo depende da natureza mutável da energia escura.

Quão plausível é tudo isso? Hinshaw disse que a interpretação da quintessência do novo estudo é uma “suposição perfeitamente razoável para o que é a energia escura”.

Como todas as nossas observações da expansão cósmica vêm de objetos que estão a milhões a bilhões de anos-luz da Terra, os dados atuais só podem informar os cientistas sobre o passado do Universo, não sobre seu presente ou futuro, acrescentou.

Então, o Universo poderia muito bem estar se aproximando de uma crise, e não teríamos como saber até muito depois do início da fase de contração.

“Eu acho que realmente se resume a quão convincente você acha que essa teoria é e, mais importante, quão testável você acha que é”, acrescentou Hinshaw.

Infelizmente, não há uma boa maneira de testar se a quintessência é real ou se a expansão cósmica começou a desacelerar, admitiu Steinhardt. Por enquanto, é apenas uma questão de encaixar a teoria com observações anteriores – e os autores fazem isso habilmente em seu novo estudo.

Se um futuro de crescimento sem fim ou decadência rápida aguarda nosso Universo, só o tempo dirá.