Energia escura: o maior enigma do Universo

*Este texto foi escrito por um colunista do TecMundo; saiba mais no final.

Do que o Universo é feito? Quando fazemos essa pergunta, em voz alta ou dentro da nossa cabeça, normalmente nós (ou o nosso interlocutor) começamos a pensar em coisas que conseguimos observar diretamente.

“De átomos!”, ouviríamos. Esses blocos fundamentais que constroem as coisas como os planetas, as estrelas, as galáxias e todas as outras formas de matéria que conhecemos.

À medida que a humanidade foi evoluindo no seu entendimento das leis da física, evoluiu também o conhecimento sobre a estrutura da matéria, passando a descobrir um número cada vez maior de partículas e antipartículas, todas descritas por um modelo teórico padrão bem consolidado.

Contudo, mesmo se somássemos a quantidade de partículas, átomos e moléculas que compõem toda a matéria e radiação que existe no Universo, chegaríamos ao pequeno resultado de de 5% em relação a tudo que existe. Para falar dos componentes do Universo, dois personagens adicionais são necessários: a matéria escura e a energia escura.

Componentes constituintes do Universo

A matéria escura corresponde a cerca de 27% do Universo e é, acredita-se, uma forma de matéria que só interage gravitacionalmente: isto é, não pode ser detectada através da radiação eletromagnética direta. Sua existência é inferida a partir dos efeitos gravitacionais que provoca sobre a matéria visível, como as galáxias e os aglomerados de galáxias.

Por fim, a maior parcela daquilo que constitui o Universo  — cerca de 68% — está na forma de uma substância exótica e misteriosa: a energia escura. Embora corresponda à maior parte da energia que existe, ela foi completamente desconhecida até o final da década de 1990, e ainda hoje os cientistas desconhecem por completo a sua natureza. O que sabemos, entretanto, é contar um pouco de sua história.

Há aproximadamente 13,8 bilhões de anos atrás, o universo como o conhecemos surgiu no evento cataclísmico conhecido como o Big Bang. A radiação eletromagnética que viaja até nós e é captada por nossos telescópios nos permite reconstruir, com bastante confiança, diga-se de passagem, a história cósmica até os dias atuais. Somos até mesmo capazes de prever alguns cenários possíveis para o futuro.

Representação da expansão do Universo desde o Big Bang.

Quanto mais distante olhamos no Universo, mais rapidamente as galáxias afastam-se umas das outras. A conclusão mais imediata que tiramos dessas observações é que o Universo continua em expansão e, como viemos a saber em 1998, em expansão acelerada!

O que está causando isso é justamente a energia escura. Ela foi revelada pela primeira vez através da observação de sinais de luz de supernovas muito distantes: com as medições de suas distâncias, os cientistas concluíram que apenas a matéria e a radiação não eram suficientes para explicar a dinâmica cósmica. O universo precisava de uma nova e diferente forma de energia.

Essa nova forma de energia se comporta como se fosse uma forma de energia inerente ao próprio tecido do espaço. À medida que o Universo se expande, a matéria fica menos densa (uma vez que o volume aumenta), a radiação fica menos densa (também uma vez que o volume aumenta) e também fica menos energética (uma vez que os fótons passam à possuir comprimentos de onda mais longos). Porém, a densidade da energia escura sempre permanece constante.

Com o passar dos bilhões de anos, a densidade da radiação e da matéria caíram abaixo da densidade da energia escura que, por sua vez, passou a dominar cada vez mais a expansão do espaço que observamos hoje, acelerando-o e afastando as galáxias entre si cada vez mais.

Com o passar do tempo, os objetos não ligados gravitacionalmente à nossa galáxia iriam se afastar e os únicos pontos de luz no céu noturno serão as galáxias em nosso Grupo Local. Porém, em algum ponto no futuro, a Via Láctea irá se fundir com as galáxias vizinhas e mesmo os telescópios mais poderosos não revelariam nenhuma outra galáxia além da nossa, mesmo que observassem o o espaço ao longo de meses.

E então? Considerando que a humanidade ou alguma outra espécie inteligente resista de algum modo por bilhões de anos no futuro, o que aconteceria com nosso conhecimento do passado? Como saberíamos que outras galáxias já existiram e que o Universo foi, um dia, mais do que nossa galáxia? Como saberíamos que tudo um dia começou?  

No futuro, as galáxias ficarão cada vez mais afastadas umas das outras.

Bom, algumas pistas ainda permaneceriam, tanto teoricamente quanto observacionalmente. Contudo, desvendá-las não seria uma tarefa simples. As pistas mais fortes viriam das mesmas considerações teóricas que aplicamos nos primórdios da relatividade geral de Einstein e da astronomia estelar de estrelas próximas.

A partir dessas evidências, sendo espertos o suficiente, alguma espécie sobrevivente nesse futuro remoto poderá fazer inferências corretas sobre a origem do Universo e das estruturas que um dia nos foram vizinhas.

Nícolas Oliveira, colunista do TecMundo, é licenciado em Física e mestre em Astrofísica. É professor e atualmente faz doutorado no Observatório Nacional, trabalhando com aglomerados de galáxias. Tem experiência com Ensino de Física e Astronomia e com pesquisa em Astrofísica Extragaláctica e Cosmologia. Atua como divulgador e comunicador científico, buscando a popularização e a democratização da ciência. Nícolas está presente nas redes sociais como @nicooliveira_.