Os cientistas descobriram que uma pressão misteriosa apelidada de "energia escura" representa cerca de 68% do conteúdo total de energia do cosmos, mas até agora não sabemos muito mais sobre isso. Explorar a natureza da energia escura é uma das principais razões pelas quais a NASA está construindo o Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), um telescópio espacial cujas medidas ajudarão a iluminar o quebra-cabeça da energia escura. Com uma melhor compreensão da energia escura, teremos uma noção melhor da evolução passada e futura do universo.

Um Cosmos em Expansão

Até o século 20, a maioria das pessoas acreditava que o universo era estático, permanecendo essencialmente inalterado por toda a eternidade. Quando Einstein desenvolveu sua teoria geral da relatividade em 1915, descrevendo como a gravidade atua na estrutura do espaço-tempo, ele ficou intrigado ao descobrir que a teoria indicava que o cosmos deve se expandir ou se contrair. Ele fez alterações para preservar um universo estático, adicionando algo que ele chamou de "constante cosmológica, "mesmo que não houvesse nenhuma evidência de que realmente existisse. Essa força misteriosa deveria neutralizar a gravidade para manter tudo no lugar.

Contudo, como a década de 1920 estava chegando ao fim, astrônomo Georges Lemaitre, e então Edwin Hubble, fez a surpreendente descoberta de que, com muito poucas exceções, galáxias estão fugindo umas das outras. O universo estava longe de ser estático - estava crescendo para fora. Consequentemente, se imaginarmos retroceder esta expansão, deve ter havido um tempo em que tudo no universo era quase impossivelmente quente e fechado.

Os cientistas descobriram que uma pressão misteriosa apelidada de "energia escura" constitui cerca de 68 por cento do conteúdo total de energia do cosmos, mas até agora não sabemos muito mais sobre isso. Explorar a natureza da energia escura é uma das principais razões pelas quais a NASA está construindo o Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST), um telescópio espacial cujas medidas ajudarão a iluminar o quebra-cabeça da energia escura. Com uma melhor compreensão da energia escura, teremos uma noção melhor da evolução passada e futura do universo.

O Fim do Universo:Fogo ou Gelo?

A teoria do Big Bang descreve a expansão e evolução do universo a partir deste superaquecimento inicial, estado superdenso. Os cientistas teorizaram que a gravidade acabaria por desacelerar e possivelmente até reverter completamente essa expansão. Se o universo tivesse matéria suficiente nele, a gravidade superaria a expansão, e o universo entraria em colapso em um "Big Crunch" ardente.

Se não, a expansão nunca terminaria - as galáxias iriam se distanciar cada vez mais até passarem pela borda do universo observável. Nossos descendentes distantes podem não ter conhecimento da existência de outras galáxias, pois elas estariam muito longe para serem visíveis. Grande parte da astronomia moderna pode um dia ser reduzida a mera lenda, à medida que o universo gradualmente se transforma em um negro glacial.

O universo não está apenas se expandindo - está se acelerando

Astrônomos mediram a taxa de expansão usando telescópios terrestres para estudar explosões de supernovas relativamente próximas. O mistério aumentou em 1998, quando as observações do Telescópio Espacial Hubble de supernovas mais distantes ajudaram a mostrar que o universo se expandiu mais lentamente no passado do que hoje. A expansão do universo não está diminuindo devido à gravidade, como todos pensavam. Está acelerando.

Avance até hoje. Embora ainda não saibamos o que exatamente está causando a aceleração, ela recebeu um nome - energia escura. Esta pressão misteriosa permaneceu desconhecida por tanto tempo porque é tão fraca que a gravidade a domina na escala dos humanos, planetas e até mesmo a galáxia. Está presente na sala com você enquanto você lê, dentro do seu próprio corpo, mas a gravidade a neutraliza para que você não saia voando da cadeira. É apenas em uma escala intergaláctica que a energia escura se torna perceptível, agindo como uma espécie de oposição fraca à gravidade.

O que é energia escura?

O que exatamente é energia escura? Mais é desconhecido do que conhecido, mas os teóricos estão perseguindo algumas explicações possíveis. A aceleração cósmica pode ser causada por um novo componente de energia, o que exigiria alguns ajustes na teoria da gravidade de Einstein - talvez a constante cosmológica, que Einstein chamou de seu maior erro, afinal é real.

Alternativamente, A teoria da gravidade de Einstein pode quebrar em escalas cosmológicas. Se esse é o caso, a teoria precisará ser substituída por uma nova que incorpore a aceleração cósmica que observamos. Os teóricos ainda não sabem qual é a explicação correta, mas o WFIRST nos ajudará a descobrir.

WFIRST iluminará energia escura

As missões anteriores reuniram algumas pistas, mas até agora eles não produziram resultados que favoreçam fortemente uma explicação em detrimento de outra. Com a mesma resolução das câmeras do Hubble, mas com um campo de visão 100 vezes maior, O WFIRST irá gerar grandes imagens nunca antes vistas do universo. A nova missão avançará na exploração do mistério da energia escura de maneiras que outros telescópios não conseguem mapeando como a matéria é estruturada e distribuída por todo o cosmos, e também medindo um grande número de supernovas distantes. Os resultados irão indicar como a energia escura age em todo o universo, e se e como isso mudou ao longo da história cósmica.

A missão usará três métodos de pesquisa para buscar uma explicação da energia escura. O Levantamento Espectroscópico de Alta Latitude medirá distâncias e posições precisas de milhões de galáxias usando uma técnica de "régua padrão". Medir como a distribuição das galáxias varia com a distância nos dará uma janela para a evolução da energia escura ao longo do tempo. Este estudo conectará as distâncias das galáxias com os ecos das ondas sonoras logo após o Big Bang e testará a teoria da gravidade de Einstein sobre a idade do universo.

O High Latitude Imaging Survey medirá as formas e distâncias de inúmeras galáxias e aglomerados de galáxias. A imensa gravidade de objetos massivos distorce o espaço-tempo e faz com que galáxias mais distantes pareçam distorcidas. Observar o grau de distorção permite aos cientistas inferir a distribuição da massa em todo o cosmos. Isso inclui todos os assuntos que podemos ver diretamente, como planetas e estrelas, bem como a matéria escura - outro mistério cósmico escuro que é visível apenas por meio de seus efeitos gravitacionais na matéria normal. Esta pesquisa fornecerá uma medição independente do crescimento da estrutura em grande escala no universo e como a energia escura afetou o cosmos.

O WFIRST também realizará uma pesquisa de um tipo de estrela explodindo, com base nas observações que levaram à descoberta da expansão acelerada. As supernovas do tipo Ia ocorrem quando uma estrela anã branca explode. As supernovas do tipo Ia geralmente têm o mesmo brilho absoluto em seu pico, tornando-as as chamadas "velas padrão". Isso significa que os astrônomos podem determinar a que distância estão, vendo o quão brilhante eles parecem da Terra - e quanto mais longe estão, quanto mais escuros eles aparecem. Os astrônomos também irão observar os comprimentos de onda específicos da luz que vem das supernovas para descobrir a velocidade com que as estrelas moribundas estão se afastando de nós. Ao combinar distâncias com medidas de brilho, os cientistas verão como a energia escura evoluiu ao longo do tempo, fornecendo uma verificação cruzada com as duas pesquisas de alta latitude.

"A missão WFIRST é única na combinação desses três métodos. Ela levará a uma interpretação muito robusta e rica dos efeitos da energia escura e nos permitirá fazer uma declaração definitiva sobre a natureza da energia escura, "disse Olivier Doré, um cientista pesquisador do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, e líder da equipe de planejamento dos dois primeiros métodos de pesquisa com o WFIRST.

Descobrir como a energia escura afetou a expansão do universo no passado lançará alguma luz sobre como ela influenciará a expansão no futuro. Se continuar a acelerar a expansão do universo, podemos estar destinados a experimentar um "Big Rip". Neste cenário, a energia escura acabaria por se tornar dominante sobre as forças fundamentais, causando tudo o que está atualmente ligado - galáxias, planetas, pessoas - para se separar. Explorar a energia escura nos permitirá investigar, e possivelmente até mesmo prever, o destino do universo.