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Teoria das cordas e energia escura — a nova descoberta que pode mudar tudo

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Um novo estudo está agitando a comunidade científica, apresentando o que os físicos afirmam ser a “primeira evidência observacional que apoia a teoria das cordas“.

Se confirmado, esse avanço pode finalmente desvendar o mistério da energia escura, a força que impulsiona a expansão acelerada do universo.

Evidência da teoria das cordas?

Imagine que tudo no universo, desde as menores partículas até as maiores estrelas, é feito de minúsculas cordas vibrantes, como as cordas de um violão. Cada corda vibra de um jeito diferente e essa vibração determina que tipo de partícula ela é.

A teoria das cordas é como um quebra-cabeça gigante que os cientistas estão tentando montar. Eles acreditam que, se conseguirmos entender como essas cordas vibram, podemos finalmente explicar como o universo funciona.

Físicos podem ter encontrado a “primeira evidência observacional que apoia a teoria das cordas”.(Imagem gerada por IA/Gabriel Sérvio/Olhar Digital)

A equipe de pesquisa propôs um modelo revolucionário de espaço-tempo, baseado na teoria das cordas, que descreve o universo como um reino quântico, onde as coordenadas não “se convertem”. Essa característica é similar ao comportamento da posição e velocidade de partículas na mecânica quântica.

Uma das consequências mais surpreendentes desse espaço-tempo quântico é a explicação natural para a aceleração cósmica. Além disso, os pesquisadores descobriram que a taxa de desaceleração dessa expansão ao longo do tempo se alinha com recentes observações do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI).

O Que é o DESI?

  • O DESI é uma colaboração internacional de pesquisadores e engenheiros, unidos em sua busca por compreender a energia escura e a evolução do universo.
  • Sua sigla em inglês, Dark Energy Spectroscopic Instrument, traduz-se para Instrumento de Espectroscopia da Energia Escura, em português.
  • Este instrumento, situado no observatório Mayall, no Kitt Peak National Observatory, no Arizona, EUA, é uma peça fundamental da ciência moderna.
  • Seu objetivo principal é mapear a estrutura do universo em escalas cósmicas, examinando aproximadamente 30 milhões de galáxias em um terço do céu noturno.
  • Essa ambiciosa empreitada envolve monitorar a luz de galáxias distantes e extrair informações cruciais sobre sua distância, movimento e composição.

O enigma da energia escura

A descoberta da expansão acelerada do universo em 1998 lançou um mistério que perdura até hoje: a natureza da energia escura. Observações recentes do DESI complicaram ainda mais o cenário, indicando que a densidade da energia escura não é constante, como previsto pelo Modelo Padrão da física de partículas.

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Se confirmadas, essas descobertas representariam um avanço monumental na física fundamental. (Imagem gerada por IA/Gabriel Sérvio/Olhar Digital)

A teoria das cordas, uma das principais candidatas a uma teoria da gravidade quântica, surge como uma possível solução para essas inconsistências. Ao descrever as partículas elementares como minúsculas cordas vibrantes, em vez de pontos, essa teoria permite uma nova abordagem para entender o espaço-tempo em escala quântica.

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Os próximos passos

O modelo proposto pela equipe não somente prevê uma densidade de energia escura consistente com as observações, mas também explica sua variação ao longo do tempo. Além disso, a conexão entre as menores e maiores escalas do cosmos, sugerida pelo modelo, indica uma ligação profunda entre a energia escura e a natureza quântica do espaço-tempo.

No entanto, a comunidade científica aguarda testes experimentais independentes para confirmar essas descobertas. Os pesquisadores propuseram experimentos de “bancada”, envolvendo a detecção de padrões de interferência quântica complexos, que poderiam ser realizados em um futuro próximo.

Enquanto isso, a equipe continua a refinar sua compreensão do espaço-tempo quântico e a explorar novas formas de testar sua teoria. Se confirmadas, essas descobertas representariam um avanço monumental na física fundamental, fornecendo a primeira evidência concreta da teoria das cordas e desvendando o mistério da energia escura, destaca o Live Science.

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Novo modelo do Universo? Energia escura pode mudar a história do cosmos

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A energia escura é um dos componentes do Universo que intriga a comunidade científica há décadas, sendo um dos responsáveis pela expansão do cosmos. Uma nova pesquisa realizada por uma equipe do Arizona, mostrou que o Universo pode ser diferente do que se pensava e a misteriosa energia tem uma função essencial nesse novo modelo.

O episódio do Olhar Espacial da última sexta-feira (28) – que você confere aqui – falou sobre os mistérios da matéria escura e como dados inéditos do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona (EUA), podem mudar o que a ciência sabe sobre a expansão universal.

O programa contou com a presença do físico Roberto Pena. Em um bate-papo com o apresentador Marcelo Zurita, o convidado explicou como os cientistas modelam o cosmos, qual a importância do James Webb no estudo da energia escura e como as novas informações do DESI impactam a astronomia.

Roberto ‘Pena’ Spinelli é físico pela Universidade de São Paulo (USP), com especialidade em Machine Learning pela Universidade de Stanford, nos EUA, e colunista do Olhar Digital News (Imagem: Olhar Espacial)

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Constante cosmológica pode não ser uma constante

O DESI fez uma varredura que abrange, aproximadamente, 15 milhões de galáxias e outros objetos celestes, mapeando 11 bilhões de anos de história cósmica e construiu um mapa em 3D. Com isso, os cientistas puderam medir a distância entre as galáxias e descobrir mais sobre como os espaços vazios e a origem do Universo estão ligados. 

Após o Big Bang, o cosmos tinha uma energia muito concentrada e as partículas se chocavam em alta velocidade. Esse cenário gerava um movimento acústico, em que as ondas sonoras reverberaram. Onde as ondulações se juntavam, a matéria se concentrava e onde se anulavam, havia baixa densidade de matéria.

“Se você bater num tambor e colocar grãos de areia por cima, naturalmente esses grãos vão ficar concentrados em alguns pontos do instrumento”, explica Pena.

A imagem revela flutuações de temperatura de 13,77 bilhões de anos (mostradas como diferenças de cor) que correspondem aos aglomerados de matéria que cresceram para se tornarem as galáxias.
A imagem revela flutuações de temperatura de 13,77 bilhões de anos (mostradas como diferenças de cor). Elas correspondem aos aglomerados de matéria que cresceram para se tornarem as galáxias. (Imagem: NASA / WMAP Science Team)

Esse momento ficou conhecido como a Era da Recombinação. A partir dela, a matéria se formou e então as nebulosas, estrelas, planetas e todos os astros.

Nos mapas feitos na década de 1980 da radiação cosmológica de fundo já era possível observar que a posição das galáxias retrata essas flutuações das ondas. Porém, com o novo mapeamento do DESI, os astrônomos se surpreenderam ao constatar que a taxa de expansão do Universo, mostrada pela posição dos astros, pode não ser constante.

“A gente tava com o modelo Lambda-CDM, Big Bang, tudo bem encaixadinho. E agora a gente tá tendo que mexer os nossos primeiros fiozinhos”, comenta o físico.

Energia Escura está enfraquecendo? Universo pode colapsar!

Desde a descoberta da energia escura, ela tem sido considerada o fator constante que impulsiona o afastamento cada vez mais acelerado das galáxias. Ela é essencial para se entender a taxa em que o cosmos se expande.

Esse alargamento poderia resultar em um futuro onde o Universo se expandiria eternamente. Isso causaria o seu esfriamento e geraria um final conhecido como “big freeze”, em que as estrelas deixariam de se formar e as atuais morreriam aos poucos.

Contudo, os novos dados do DESI sugerem uma realidade alternativa: a energia escura pode ter atingido seu pico quando o Universo tinha cerca de 70% da sua idade atual e, desde então, vem perdendo força — atualmente, cerca de 10% mais fraca.

Após observarem o novo mapa do DESI, os cientistas constataram que é possível a constante cosmológica ser, na verdade, variável. Isso faria do Universo mais dinâmico e complexo do que o imaginado.

Essa descoberta também levanta a possibilidade de que, num futuro distante, a aceleração possa cessar, estabilizando a expansão ou até a revertendo, em um colapso final conhecido como “big crunch”.

“Se a variável virar negativa, o Universo pode se juntar e colapsar”, diz Pena.

Novo modelo ainda precisa de análises profundas

Zurita e Pena comentam que a descoberta ainda passará pela revisão da comunidade cientifica. Outras equipes de pesquisa ainda terão que fazer observações para a novidade se consolidar.

“Por enquanto a gente ainda tá muito no começo. Não dá para dizer que vai zerar ou diminuir, só estamos vendo que a constante não é mais constante”, explica o físico. 

Eles comentam que até mesmo Einstein foi questionado sobre seu modelo cosmológico. O grupo do DESI passará pelas mesmas suspeitas e seu trabalho poderá ser mais uma hipótese ou uma grande descoberta capaz de mudar a astronomia. 

“Para mim, é uma pesquisa incrível, que mostra que ainda temos muita coisa para descobrir”, conclui Pena.

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Evidências sugerem que energia escura pode estar mudando e redefinindo destino do Universo

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Um conjunto de dados recentes e meticulosos, obtidos por meio do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona (EUA), aponta para a possibilidade de que a energia escura — a misteriosa força responsável pela aceleração da expansão do Universo — não seja uma constante imutável, como se acreditava até então, mas, sim, um fenômeno dinâmico que varia ao longo do tempo cósmico.

Instrumento Espectroscópico de Energia Escura tem cinco mil fibras ópticas, e cada uma atua como mini-telescópios (Imagem: DESI)

Revolução no modelo cosmológico com a energia escura?

Desde sua descoberta, na década de 1990, a energia escura tem sido considerada fator constante que impulsiona o afastamento cada vez mais acelerado das galáxias, resultando em futuro onde o Universo se expandiria eternamente, num cenário conhecido como “big freeze”.

Contudo, os novos dados do DESI sugerem realidade alternativa: a energia escura pode ter atingido seu pico quando o Universo tinha cerca de 70% da sua idade atual e, desde então, vem perdendo força — atualmente, cerca de 10% mais fraca.

Essa descoberta levanta a possibilidade de que, num futuro distante, a aceleração possa cessar, estabilizando a expansão ou até a revertendo, em um colapso final, o temido “big crunch”.

Papel do DESI e outras observações

  • O DESI, equipado com cinco mil fibras ópticas robotizadas, realizou varredura que abrange, aproximadamente, 15 milhões de galáxias e outros objetos celestes, mapeando 11 bilhões de anos de história cósmica com precisão sem precedentes;
  • A análise desses dados, conduzida por colaboração internacional de mais de 900 pesquisadores de instituições renomadas, tem provocado intenso debate na comunidade científica;
  • Enquanto os resultados do DESI apontam para evolução na intensidade da energia escura em épocas mais recentes, outras observações — como as imagens detalhadas do fundo cósmico de micro-ondas, capturadas pelo Atacama Cosmology Telescope, no Chile — confirmam que, no Universo primordial, os parâmetros do modelo padrão da cosmologia se comportavam conforme o esperado;
  • Essa dualidade evidencia que o mistério pode residir na evolução da energia escura depois dos primeiros instantes após o Big Bang, quando o Universo estava com apenas 380 mil anos.

Implicações para o destino do Universo

Os cenários futuros do Universo, até então pautados pelo modelo com energia escura constante, podem sofrer reavaliação profunda. Se a energia escura continuar a enfraquecer, há duas grandes possibilidades:

  • Estabilização da Expansão: uma redução gradual na força da energia escura poderia levar o Universo a estado de equilíbrio, evitando tanto a aceleração eterna quanto um eventual colapso;
  • Big Crunch: em cenário mais dramático, se a energia escura diminuir a ponto de se tornar negativa, ela poderia se somar à gravidade, invertendo o processo de expansão e provocando o colapso do Universo em “big crunch”, possivelmente abrindo caminho para novo ciclo cosmológico.

Essa reinterpretação do destino cósmico revisita questões fundamentais sobre a natureza da energia escura, a qual, apesar de representar cerca de 70% do conteúdo total do Universo, continua sendo uma das maiores incógnitas da ciência moderna.

Bob Stupak, à esquerda, supervisor de manutenção eletrônica, e Matthew Evatt, gerente de engenharia mecânica, trabalhando na sala de espectrógrafo do DESI
Bob Stupak, à esquerda, supervisor de manutenção eletrônica, e Matthew Evatt, gerente de engenharia mecânica, trabalhando na sala de espectrógrafo do DESI (Imagem: Marilyn Sargent/Laboratório de Berkeley)

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Debate entre os cientistas

Enquanto alguns pesquisadores, como o Prof. Carlos Frenk, da Universidade de Durham (Reino Unido), e o Prof. Alexie Leauthaud-Harnett, da Universidade da Califórnia, Santa Cruz (EUA), defendem a robustez dos dados e veem neles o início de nova era na cosmologia, outros, como o Prof. George Efstathiou, da Universidade de Cambridge (Inglaterra), permanecem cautelosos, ressaltando que os resultados ainda não alcançaram o limiar estatístico de cinco sigma, considerado indispensável para uma descoberta definitiva.

Mesmo os céticos reconhecem que o acúmulo de evidências tem estimulado debates e incentivado a comunidade a repensar os fundamentos que, há décadas, sustentavam o modelo cosmológico. “Se esses resultados forem confirmados, teremos de encontrar novo mecanismo que explique a variação na energia escura — e isso pode significar reformulação radical de nossa compreensão do Universo”, afirmou o Prof. Ofer Lahav, do University College London (Inglaterra), ao The Guardian.

Perspectivas futuras

A busca por respostas continua, com o DESI previsto para coletar dados por mais um ano, visando mapear cerca de 50 milhões de galáxias e objetos luminosos.

Em paralelo, outras missões e instrumentos, como o telescópio espacial Euclid, da Agência Espacial Europeia (ESA, na sigla em inglês), o Observatório Vera C. Rubin e o Roman Space Telescope, da NASA, prometem fornecer observações ainda mais detalhadas, contribuindo para desvendar os segredos da energia escura.

Andrei Cuceu, pesquisador do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, à BBC, afirma que “estamos, literalmente, deixando o Universo nos contar como ele funciona. Pode ser que ele seja muito mais complexo do que imaginávamos.”

O telescópio espacial Euclid da Europa
Obra de arte: o telescópio espacial Euclid da Europa também coletará dados sobre o comportamento da Energia Escura (Imagem: ESA)

A possibilidade de que a energia escura não seja uma constante, mas um fenômeno em evolução, coloca a cosmologia à beira de potencial revolução teórica.

Se esses achados se confirmarem, as consequências serão profundas não apenas para a compreensão do passado e presente do Universo, mas, também, para as previsões sobre seu futuro.

A comunidade científica, com suas variadas opiniões e abordagens, se prepara para um período de intensa investigação, no qual o Universo pode, finalmente, revelar novos segredos que desafiarão os paradigmas estabelecidos há quase um século.

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