Por que o universo está se expandindo a uma velocidade acelerada, espalhando seu conteúdo por dimensões cada vez maiores do espaço? Uma solução original para esse quebra-cabeça, certamente a pergunta mais fascinante da cosmologia moderna, foi apresentada por quatro físicos teóricos, Edward W. Kolb, do Laboratório Acelerador Nacional Fermi do Departamento de Energia dos EUA, Chicago (EUA): Sabino Matarrese, da Universidade de Padova; Alessio Notari, da Universidade de Montreal (Canadá); e Antonio Riotto do INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) de Padova (Itália). Seu estudo foi submetido ontem à revista Physical Review Letters.
Nos últimos cem anos, a expansão do universo tem sido objeto de discussões apaixonadas, envolvendo as mentes mais brilhantes do século. Como seus contemporâneos, Albert Einstein inicialmente pensou que o universo era estático: que não se expandiu nem encolheu. Quando sua própria teoria da relatividade geral mostrou claramente que o universo deveria se expandir ou contrair, Einstein optou por introduzir um novo ingrediente em sua teoria. Sua "constante cosmológica" representava uma densidade de massa de espaço vazio que levou o universo a se expandir a uma taxa cada vez maior.
Quando, em 1929, Edwin Hubble provou que o universo está de fato se expandindo, Einstein repudiou sua constante cosmológica, chamando-a de "o maior erro da minha vida". Então, quase um século depois, os físicos ressuscitaram a constante cosmológica em uma variante chamada energia escura. Em 1998, observações de supernovas muito distantes demonstraram que o universo está se expandindo a um ritmo acelerado. Essa expansão acelerada parecia ser explicável apenas pela presença de um novo componente do universo, uma "energia escura", representando cerca de 70% da massa total do universo. Do resto, cerca de 25% parecem estar na forma de outro componente misterioso, a matéria escura; enquanto apenas cerca de 5% compreende matéria comum, esses quarks, prótons, nêutrons e elétrons de que nós e as galáxias somos feitos.
“A hipótese da energia escura é extremamente fascinante”, explica Antonio Riotto, de Pádua, “mas, por outro lado, representa um problema sério. Nenhum modelo teórico, nem mesmo o mais moderno, como a supersimetria ou a teoria das cordas, é capaz de explicar a presença dessa misteriosa energia escura na quantidade exigida por nossas observações. Se a energia escura fosse do tamanho que as teorias prevêem, o universo teria se expandido com uma velocidade tão fantástica que impediria a existência de tudo o que sabemos em nosso cosmos. ”
A quantidade necessária de energia escura é tão difícil de conciliar com as leis conhecidas da natureza que os físicos propuseram todo tipo de explicações exóticas, incluindo novas forças, novas dimensões do espaço-tempo e novas partículas elementares ultraleves. No entanto, o novo relatório não propõe novos ingredientes para o universo, apenas uma percepção de que a aceleração atual do universo é uma conseqüência do modelo cosmológico padrão para o universo primitivo: a inflação.
“Nossa solução para o paradoxo colocado pelo universo em aceleração”, diz Riotto, “baseia-se na chamada teoria inflacionária, nascida em 1981. Segundo essa teoria, em uma fração de segundo após o Big Bang, o universo experimentou uma expansão incrivelmente rápida. Isso explica por que nosso universo parece ser muito homogêneo. Recentemente, os experimentos Boomerang e WMAP, que mediram as pequenas flutuações na radiação de fundo originada no Big Bang, confirmaram a teoria inflacionária.
Acredita-se amplamente que, durante a expansão inflacionária no início da história do universo, foram geradas pequenas ondas no espaço-tempo, como previsto pela teoria da Relatividade Geral de Einstein. Essas ondulações foram esticadas pela expansão do universo e hoje se estendem muito além do horizonte cósmico, que é sobre uma região muito maior que o universo observável, uma distância de cerca de 15 bilhões de anos-luz. Em seu trabalho atual, os autores propõem que é a evolução dessas ondulações cósmicas que aumenta a expansão observada do universo e é responsável por sua aceleração.
"Percebemos que você simplesmente precisa adicionar esse novo ingrediente-chave, as ondulações do tempo-espaço geradas durante a época da inflação, à Relatividade Geral de Einstein para explicar por que o universo está acelerando hoje", diz Riotto. “Parece que a solução para o quebra-cabeça da aceleração envolve o universo além do nosso horizonte cósmico. Nenhuma energia escura misteriosa é necessária.
Kolb, do Fermilab, chamou a proposta dos autores de explicação mais conservadora para o universo em aceleração. "Requer apenas uma contabilidade adequada dos efeitos físicos das ondulações além do nosso horizonte cósmico", disse ele.
Dados de experimentos futuros permitirão aos cosmologistas testar a proposta. "Se Einstein estava certo quando ele introduziu a constante cosmológica pela primeira vez, ou se ele estava certo quando mais tarde refutou a idéia, em breve será testado por uma nova rodada de observações cosmológicas de precisão", disse Kolb. "Em breve, novos dados nos permitirão distinguir entre nossa explicação para a expansão acelerada do universo e a solução de energia escura".
O INFN (Instituto Nacional de Física Nuclear), o instituto nacional de física nuclear da Itália, apóia, coordena e realiza pesquisas científicas em física subnuclear, nuclear e astropartícula e está envolvido no desenvolvimento de tecnologias relevantes.
O Fermilab, em Batavia, Illinois, EUA, é operado pela Universities Research Association, Inc. para o Departamento de Energia do Office of Science, que financia pesquisas avançadas em física de partículas e cosmologia.
Fonte original: Istituto Nazionale di Fisica Nucleare
