A teoria do multiverso, que afirma que pode haver um número múltiplo ou mesmo infinito de universos, é um conceito consagrado pelo tempo em cosmologia e física teórica. Enquanto o termo remonta ao final do século XIX, a base científica dessa teoria surgiu da física quântica e do estudo de forças cosmológicas como buracos negros, singularidades e problemas decorrentes da Teoria do Big Bang.
Uma das perguntas mais importantes quando se trata dessa teoria é se a vida poderia ou não existir em vários universos. Se, de fato, as leis da física mudam de um universo para o outro, o que isso poderia significar para a própria vida? De acordo com uma nova série de estudos de uma equipe de pesquisadores internacionais, é possível que a vida seja comum em todo o Multiverso (se ela realmente existir).
Os estudos, intitulados “O impacto da energia escura na formação das galáxias. O que o futuro do nosso universo reserva? ” e “Eficiência na formação de galáxias e explicação do multiverso da constante cosmológica com simulações EAGLE”, apareceu recentemente no Avisos mensais da Royal Astronomical Society. O primeiro estudo foi liderado por Jaime Salcido, um estudante de pós-graduação da Universidade de Durham.
O último foi liderado por Luke Barnes, pesquisador de John Templeton na Universidade de Sydney. Instituto de Astronomia de Sydney. Ambas as equipes incluíram membros do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia da Universidade da Austrália Ocidental, o Instituto de Pesquisa em Astrofísica da Universidade John John Moores e o Observatório de Leiden da Universidade de Leiden.
Juntos, a equipe de pesquisa procurou determinar como a expansão acelerada do cosmos poderia ter afetado a taxa de formação de estrelas e galáxias em nosso Universo. Essa taxa de expansão acelerada, que é parte integrante do modelo de cosmologia Lambda-Cold Dark Matter (Lambda-CDM), surgiu de problemas colocados pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein.
Como conseqüência das equações de campo de Einstein, os físicos entenderam que o Universo estaria em um estado de expansão ou contração desde o Big Bang. Em 1919, Einstein respondeu propondo a "Constante Cosmológica" (representada por Lambda), que era uma força que "retinha" os efeitos da gravidade e, assim, assegurava que o Universo fosse estático e imutável.
Logo depois, Einstein retirou essa proposta quando Edwin Hubble revelou (com base em medidas de desvio para o vermelho de outras galáxias) que o Universo estava realmente em um estado de expansão. Aparentemente, Einstein chegou ao ponto de declarar a Constante Cosmológica "o maior erro" de sua carreira como resultado. No entanto, pesquisas sobre expansão cosmológica durante o final dos anos 90 fizeram com que sua teoria fosse reavaliada.
Em suma, estudos em andamento do universo em larga escala revelaram que, nos últimos 5 bilhões de anos, a expansão cósmica se acelerou. Assim, os astrônomos começaram a supor a existência de uma força misteriosa e invisível que estava impulsionando essa aceleração. Popularmente conhecida como "Energia Negra", essa força também é conhecida como Constante Cosmológica (CC), pois é responsável por contrariar os efeitos da gravidade.
Desde aquela época, astrofísicos e cosmólogos têm procurado entender como a Energia Negra poderia ter afetado a evolução cósmica. Esse é um problema, já que nossos atuais modelos cosmológicos prevêem que deve haver mais energia escura em nosso universo do que foi observado. No entanto, contabilizar grandes quantidades de energia escura causaria uma expansão tão rápida que diluiria a matéria antes que quaisquer estrelas, planetas ou vida pudessem se formar.
Para o primeiro estudo, Salcido e a equipe procuraram, portanto, determinar como a presença de mais energia escura poderia afetar a taxa de formação de estrelas em nosso universo. Para isso, eles realizaram simulações hidrodinâmicas usando o projeto EAGLE (Evolução e Montagem de GaLaxies e seus Ambientes) - uma das simulações mais realistas do Universo observado.
Usando essas simulações, a equipe considerou os efeitos que a Energia Negra (pelo seu valor observado) teria sobre a formação de estrelas nos últimos 13,8 bilhões de anos e mais 13,8 bilhões de anos no futuro. A partir disso, a equipe desenvolveu um modelo analítico simples que indicava que a Energia Escura - apesar da diferença na taxa de expansão cósmica - teria um impacto insignificante na formação de estrelas no Universo.
Eles mostraram ainda que o impacto do Lambda só se torna significativo quando o Universo já produziu a maior parte de sua massa estelar e apenas causa reduções na densidade total da formação de estrelas em cerca de 15%. Como Salcido explicou em um comunicado de imprensa da Universidade de Durham:
“Para muitos físicos, a quantidade inexplicável, mas aparentemente especial, de energia escura em nosso Universo é um quebra-cabeça frustrante. Nossas simulações mostram que, mesmo que houvesse muito mais energia escura ou muito pouco no Universo, isso teria um efeito mínimo na formação de estrelas e planetas, aumentando a perspectiva de que a vida pudesse existir em todo o Multiverso. ”
Para o segundo estudo, a equipe usou a mesma simulação da colaboração do EAGLE para investigar o efeito de vários graus do CC na formação de galáxias e estrelas. Isso consistiu em simular Universos que tinham valores Lambda variando de 0 a 300 vezes o valor atual observado em nosso Universo.
No entanto, como a taxa de formação de estrelas do Universo atingiu o pico cerca de 3,5 bilhões de anos antes do início da expansão acelerada (cerca de 8,5 bilhões de anos atrás e 5,3 bilhões de anos após o Big Bang), os aumentos no CC tiveram apenas um pequeno efeito na taxa de formação estelar.
Tomadas em conjunto, essas simulações indicaram que em um multiverso, onde as leis da física podem diferir amplamente, os efeitos de uma expansão acelerada cósmica de energia mais escura não teriam um impacto significativo nas taxas de formação de estrelas ou galáxias. Isso, por sua vez, indica que outros Universos no Multiverso seriam tão habitáveis quanto os nossos, pelo menos em teoria. Como o Dr. Barnes explicou:
“Pensou-se anteriormente que o Multiverso explicava o valor observado da energia escura como uma loteria - temos um bilhete de sorte e vivemos no Universo que forma belas galáxias que permitem a vida como a conhecemos. Nosso trabalho mostra que nosso ingresso parece um pouco de sorte, por assim dizer. É mais especial do que precisa para a vida toda. Este é um problema para o Multiverso; um quebra-cabeça permanece. ”
No entanto, os estudos da equipe também levantam dúvidas sobre a capacidade da Teoria do Multiverso de explicar o valor observado da Energia Negra em nosso Universo. De acordo com a pesquisa deles, se vivermos em um multiverso, estaríamos observando até 50 vezes mais energia escura do que somos. Embora seus resultados não descartem a possibilidade do Multiverso, a pequena quantidade de energia escura que observamos seria melhor explicada pela presença de uma lei da natureza ainda não descoberta.
Como explicou o professor Richard Bower, membro do Instituto de Cosmologia Computacional da Universidade de Durham e coautor do artigo:
“A formação de estrelas em um universo é uma batalha entre a atração da gravidade e a repulsão da energia escura. Descobrimos em nossas simulações que universos com muito mais energia escura que a nossa podem formar estrelas felizes. Então, por que uma quantidade tão insignificante de energia escura em nosso Universo? Acho que devemos procurar uma nova lei da física para explicar essa propriedade estranha do nosso Universo, e a teoria do multiverso pouco faz para resgatar o desconforto dos físicos. ”
Esses estudos são oportunos, pois vêm na esteira da teoria final de Stephen Hawking, que põe em dúvida a existência do Multiverso e propôs um universo finito e razoavelmente suave. Basicamente, todos os três estudos indicam que o debate sobre se vivemos ou não em um multiverso e o papel da energia escura na evolução cósmica está longe de terminar. Mas podemos esperar que as missões da próxima geração forneçam algumas dicas úteis no futuro.
Estes incluem o Telescópio Espacial James Webb (JWST), o Telescópio de pesquisa por infravermelho de campo amplo (WFIRST) e observatórios terrestres como o Matriz de quilômetro quadrado (SKA). Além de estudar exoplanetas e objetos em nosso Sistema Solar, essas missões serão dedicadas a estudar como as primeiras estrelas e galáxias se formaram e determinar o papel desempenhado pela Energia Negra.
Além disso, todas essas missões deverão reunir sua primeira luz em algum momento da década de 2020. Portanto, fique atento, pois mais informações - com implicações cosmológicas - chegarão em apenas alguns anos!
