A aceleração observada da taxa de expansão do Hubble foi atribuída a uma misteriosa "energia escura" que supostamente representa cerca de 70% do universo. Professor Subir Sarkar do Centro Rudolf Peierls de Física Teórica, Oxford, juntamente com colaboradores do Institut d'Astrophysique, Paris e o Instituto Niels Bohr, Copenhagen usou observações de 740 supernovas Tipo Ia para mostrar que esta aceleração é um efeito relativamente local - ela é direcionada ao longo da direção que parecemos estar nos movendo em relação à radiação cósmica de fundo (que exibe uma anisotropia dipolar semelhante). Embora a razão física para esta aceleração seja desconhecida, não pode ser atribuída à energia escura que teria causado aceleração igual em todas as direções.

O professor Sarkar explica:"O modelo cosmológico padrão baseia-se na suposição de que o Universo é isotrópico em torno de todos os observadores. Este princípio cosmológico é uma extensão do princípio de Copérnico - ou seja, não somos observadores privilegiados. Ele permite uma vasta simplificação na construção matemática do modelo cosmológico usando a teoria da relatividade geral de Einstein. No entanto, quando os dados observacionais são interpretados dentro dessa estrutura, somos levados à surpreendente conclusão de que cerca de 70% do universo é constituído da constante cosmológica de Einstein ou, mais geralmente, "energia escura". foi interpretado como devido a flutuações quânticas de ponto zero do vácuo, mas a escala de energia associada é definida por H0, a taxa atual de expansão do universo. No entanto, este é um fator de 10 ⁴⁴ abaixo da escala de energia do modelo padrão da física de partículas - a teoria quântica de campos bem estabelecida que descreve com precisão todos os fenômenos subatômicos. Suas flutuações de ponto zero têm, portanto, uma enorme densidade de energia que teria impedido o universo de atingir sua idade e tamanho atuais se de fato influenciassem a taxa de expansão por meio da gravidade. A esse problema da constante cosmológica deve ser adicionado o "por que agora?" problema, ou seja, por que a energia escura passou a dominar o universo apenas recentemente? Era insignificante em tempos anteriores, em particular com cerca de 400 anos, 000 anos quando o plasma primordial resfriou o suficiente para formar átomos e a radiação cósmica de fundo (CMB) foi liberada (portanto, a CMB não é diretamente sensível à energia escura). "

É neste contexto que ele, junto com Jacques Colin e Roya Mohayaee (Institut d'Astrophysique, Paris) e Mohamed Rameez (Instituto Niels Bohr, Copenhagen), começou a examinar se a energia escura realmente existe. A evidência primária - premiada com o prêmio Nobel de física de 2011 - diz respeito à "descoberta da expansão acelerada do universo por meio de observações de supernovas distantes" em 1998 por duas equipes de astrônomos. Isso foi baseado em observações de cerca de 60 supernovas Tipo Ia, mas enquanto isso, a amostra havia crescido, e em 2014, os dados foram disponibilizados para 740 objetos espalhados pelo céu (catálogo Joint Lightcurve Analysis).

Os pesquisadores verificaram se a aceleração inferida da taxa de expansão do Hubble era uniforme no céu.

"Primeiro, calculamos os desvios para o vermelho da supernova e as magnitudes aparentes medidas (no sistema heliocêntrico), desfazendo as correções que foram feitas no catálogo JLA para velocidades locais 'peculiares' (não-Hubble). Isso foi feito para determinar seus valores no quadro CMB no qual o universo deveria parecer isotrópico - no entanto, trabalho anterior de nossa equipe havia mostrado que tais correções são suspeitas porque velocidades peculiares não diminuem com o aumento da distância, portanto, não há convergência para o quadro CMB, mesmo tão distante quanto um bilhão de anos-luz, "diz o professor Sarkar.

Energia escura

"Quando então empregamos a estatística do estimador de máxima verossimilhança padrão para extrair os valores dos parâmetros, fizemos uma descoberta surpreendente. Os dados da supernova indicam, com uma significância estatística de 3,9σ, uma anisotropia dipolo na aceleração inferida (veja a figura) na mesma direção em que nos movemos localmente, que é indicado por um semelhante, bem conhecido, dipolo na CMB. Por contraste, qualquer aceleração isotrópica (monopolo) que pode ser atribuída à energia escura é 50 vezes menor e consistente com ser zero em 1,4σ. Pelo critério de informação Bayesiano, o melhor ajuste aos dados tem, na verdade, nenhum componente isotrópico. Mostramos que permitir a evolução com redshift dos parâmetros usados ​​para ajustar as curvas de luz da supernova não muda a conclusão - refutando, assim, as críticas anteriores ao nosso método.

"Nossa análise é baseada em dados, mas apóia a proposta teórica de Christos Tsagas (Universidade de Thessaloniki) de que a aceleração pode ser inferida quando não somos observadores copernicanos, como geralmente é assumido, mas estão embutidos em um fluxo de massa local compartilhado por galáxias próximas, como é, na verdade, observado. Isso é inesperado no modelo cosmológico padrão, e a razão para tal fluxo permanece inexplicada. Mas independentemente disso, parece que a aceleração é um artefato de nosso fluxo local, então a energia escura não pode ser invocada como sua causa.

"Existem, na verdade, outras sondagens de nossa história de expansão, por exemplo. a impressão das oscilações acústicas bárions (BAO) na distribuição das galáxias, as idades das estrelas mais antigas, a taxa de crescimento da estrutura, etc, mas esses dados ainda são muito esparsos, e atualmente é igualmente consistente com um universo sem aceleração. As flutuações de temperatura medidas com precisão no CMB não são diretamente sensíveis à energia escura, embora sua presença seja geralmente inferida da regra da soma de que, enquanto o CMB mede a curvatura espacial do universo para ser próxima de zero, seu conteúdo de matéria não soma a densidade crítica para torná-lo assim. Isto é, Contudo, verdadeiro apenas sob as suposições de homogeneidade e isotropia exatas - que agora estão em questão. "

O professor Sarkar conclui:"Mas o progresso será feito em breve. O Large Synoptic Survey Telescope medirá muito mais supernovas e confirmará ou descarta um dipolo no parâmetro de desaceleração. O instrumento espectroscópico de energia escura e o satélite Euclid medirão o BAO e as lentes com precisão. O European Extremely Large Telescope medirá o 'desvio para o vermelho' de fontes distantes ao longo de um período de tempo, e, assim, fazer uma medição direta da história de expansão do universo. "