Em 1916, Einstein terminou sua Teoria da Relatividade Geral , que descreve como as forças gravitacionais alteram a curvatura do espaço-tempo. Entre outras coisas, essa teoria previu que o Universo está se expandindo, o que foi confirmado pelas observações de Edwin Hubble em 1929. Desde então, os astrônomos têm olhado mais para o espaço (e, portanto, para trás no tempo) para medir a velocidade com que o Universo está se expandindo e calculado assim um valor muito importante que está ligado com essa expansão – também conhecido como a Constante de Hubble . Essas medições tornaram-se cada vez mais precisas graças à descoberta do Cosmic Microwave Background (CMB) e observatórios como o Telescópio Espacial Hubble .
Os astrônomos tradicionalmente fazem isso de duas maneiras: medindo diretamente localmente (usando estrelas variáveis e supernovas) e indiretamente com base nas medições do desvio para o vermelho do CMB e modelos cosmológicos. Infelizmente, esses dois métodos produziram valores diferentes na última década. Como resultado, os astrônomos têm procurado uma possível solução para esse problema, conhecido como “Tensão de Hubble”. De acordo com um novo artigo de uma equipe de astrofísicos, a existência da “ Energia Escura Primitiva ” pode ser a solução que os cosmólogos estão procurando.
O estudo foi conduzido por Marc Kamionkowski , o William R. Kenan, um professor júnior de física e astronomia na Johns Hopkins University (JHU), e Adam G. Riess – um astrofísico e Bloomberg Distinguished Professor na JHU e no Space Telescope Science Institute ( STScI). Seu artigo, intitulado “ The Hubble Tension and Early Dark Energy ”, está sendo revisado para publicação na Annual Review of Nuclear and Particle Science (ARNP). Como eles explicam em seu artigo, existem dois métodos para medir a expansão cósmica.
O método direto envolve o uso de supernovas como “ velas padrão ” (marcadores de distância) para realizar medições em escala local. O método indireto envolve a comparação de medições do CMB com modelos cosmológicos – como o modelo Lambda Cold Dark Matter (LCMD), que inclui a presença de Dark Matter e Dark Energy . Infelizmente, esses dois métodos produzem resultados diferentes, o primeiro produzindo um valor de ~73 km/s/Mpc e o último produzindo ~67 km/s/ Mpc.
“A constante de Hubble é a taxa atual na qual o Universo se expande. A tensão de Hubble é uma discrepância no valor que você encontra para a constante de Hubble quando você mede a taxa de expansão da melhor maneira possível no momento ou prevê o valor que deveria ter com base na maneira como o Universo parecia após o Big Bang, juntamente com um modelo de como o Universo deveria evoluir. É um problema porque se essas duas formas não concordarem, nos faz pensar que estamos entendendo mal algo sobre o Universo.”
Mas, como Reiss acrescenta, o mistério da Tensão Hubble não é tanto um problema quanto uma oportunidade para novas descobertas. Até agora, muitos candidatos foram oferecidos para explicar a discrepância, desde a existência de radiação extra, Relatividade Geral modificada (GR), Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND), campos magnéticos primordiais ou a existência de Matéria Escura e Energia Escura durante o Universo primitivo que se comportou de maneiras diferentes. Estes geralmente podem ser divididos em duas categorias: soluções de tempo inicial (logo após o Big Bang) e soluções de tempo tardio (mais recentemente na história cósmica).
Soluções tardias postulam que a densidade de energia no Universo pós-recombinação – quando o plasma ionizado do Universo primitivo deu origem a átomos neutros (cerca de 300.000 anos após o Big Bang) – é menor do que no modelo LCMB padrão. As soluções iniciais, por sua vez, postulam que a densidade de energia foi de alguma forma aumentada antes da ocorrência da recombinação, de modo que o “horizonte sonoro” (a distância comovente que uma onda sonora poderia viajar) é diminuído. Para o bem de seu estudo, Kamionkowski e Kenan consideraram a Early Dark Energy (EDE) como uma candidata em potencial.
Como Reiss explicou, a presença de EDE teria contribuído com cerca de 10% da densidade total de energia do Universo antes que a recombinação ocorresse. Após a recombinação, a densidade de energia teria decaído mais rapidamente do que outras formas de radiação, deixando assim a evolução tardia do Universo inalterada. “Isso produziria uma expansão extra e inesperada no jovem Universo que, se não soubéssemos, faria com que o valor previsto subestimasse o valor verdadeiro”, disse Reiss.
O que torna o EDE preferível às soluções de tempo tardio é como o último implica a existência de um fluido que efetivamente cria energia a partir do nada – o que viola a condição de energia forte prevista por GR. Além do mais, tais modelos são difíceis de conciliar com as medições da Escada de Distância Cósmica de variáveis Cefeidas e supernovas Tipo Ia em galáxias próximas (alvos de baixo redshift) e supernovas Tipo Ia em galáxias distantes (alto redshift). Em suma, as soluções que envolvem modificações na dinâmica do Universo primordial parecem ser mais consistentes com as restrições cosmológicas estabelecidas.
Como eles observam, embora haja um crescente corpo de evidências que sugere a existência de EDE, nossas medições atuais no CMB ainda não são precisas e robustas o suficiente para distinguir os modelos EDE do modelo LCDM padrão. O que é necessário, no futuro, são medições locais aprimoradas que ajudarão a refinar a Constante de Hubble e remover quaisquer erros sistemáticos. Segundo medições mais precisas da polarização CMB em escalas angulares menores são necessárias para testar EDE e outros novos modelos físicos.
Como eles indicam em seu artigo, essas etapas já estão sendo tomadas graças aos observatórios Dark Energy Survey e observatórios de próxima geração, como o James Webb Space Telescope (JWST) e a missão Euclid da ESA :
“Felizmente, os próximos passos na exploração da tensão do Hubble são claros. Além disso, a infraestrutura de observação necessária já está instalada, pois coincide em grande parte com a montada para estudar a energia escura e a inflação (do Universo tardio). Em última análise, devemos continuar a explorar as incertezas astrofísicas e de medição. Como aprendemos repetidamente em cosmologia, não há uma bala única – conclusões robustas são alcançadas apenas com várias avenidas observacionais e uma rede estreita de calibrações, calibrações cruzadas e verificações de consistência.”
Fonte:
https://www.universetoday.com/158738/early-dark-energy-could-explain-the-crisis-in-cosmology/
