Após quase 13,8 bilhões de anos de expansão ininterrupta, o universo pode em breve parar e começar a se contrair lentamente, sugere uma nova pesquisa publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
No novo artigo, três cientistas tentam modelar a natureza da energia escura – uma força misteriosa que parece estar fazendo com que o universo se expanda cada vez mais rápido – com base em observações anteriores da expansão cósmica. No modelo da equipe, a energia escura não é uma força constante da natureza, mas uma entidade chamada quintessência, que pode decair com o tempo.
Os pesquisadores descobriram que, embora a expansão do universo esteja acelerando há bilhões de anos, a força repelente da energia escura pode estar enfraquecendo. De acordo com seu modelo, a aceleração do universo poderia terminar rapidamente nos próximos 65 milhões de anos – então, dentro de 100 milhões de anos, o universo poderia parar de se expandir completamente e, em vez disso, poderia entrar em uma era de contração lenta que termina bilhões de anos a partir de agora com a morte — ou talvez o renascimento — do tempo e do espaço.
E tudo isso pode acontecer “notavelmente” rapidamente, disse o coautor do estudo Paul Steinhardt, diretor do Princeton Center for Theoretical Science da Princeton University, em Nova Jersey.
“Voltando no tempo 65 milhões de anos, foi quando o asteroide Chicxulub atingiu a Terra e eliminou os dinossauros”, disse Steinhardt à Live Science. “Em uma escala cósmica, 65 milhões de anos é notavelmente curto.”
Nada sobre isso teoria é controverso ou implausível, disse Gary Hinshaw, professor de física e astronomia da Universidade da Colúmbia Britânica, que não esteve envolvido no estudo, à Live Science. No entanto, como o modelo depende apenas de observações anteriores de expansão – e porque a natureza atual da energia escura no universo é um mistério – as previsões neste artigo são atualmente impossíveis de testar. Por enquanto, eles só podem permanecer teorias.
Energia do vazio
Desde a década de 1990, os cientistas entenderam que a expansão do universo está acelerando; o espaço entre as galáxias está se ampliando mais rápido agora do que bilhões de anos atrás. Os cientistas nomearam a misteriosa fonte dessa aceleração de energia escura – uma entidade invisível que parece funcionar contra a gravidade, afastando os objetos mais massivos do universo em vez de aproximá-los.
Embora a energia escura represente aproximadamente 70% da massa-energia total do universo, suas propriedades permanecem um mistério total. Uma teoria popular, introduzida por Albert Einstein, é que a energia escura é um constante cosmológica – uma forma imutável de energia que é tecida no tecido de espaço-tempo. Se for esse o caso, e a força exercida pela energia escura nunca puder mudar, então o universo deve continuar se expandindo (e acelerando) para sempre.
No entanto, uma teoria concorrente sugere que a energia escura não precisa ser constante para se encaixar nas observações da expansão cósmica passada. Em vez disso, a energia escura pode ser algo chamado quintessência – um campo dinâmico que muda ao longo do tempo. (Steinhardt foi um dos três cientistas que introduziram a ideia em um 1998 artigo na revista Cartas de Revisão Física.)
Ao contrário da constante cosmológica, a quintessência pode ser repulsiva ou atrativa, dependendo da proporção de sua energia cinética e potencial em um determinado momento. Nos últimos 14 bilhões de anos, a quintessência foi repulsiva. Durante a maior parte desse período, porém, contribuiu insignificantemente para a expansão do universo em comparação com a radiação e a matéria, disse Steinhardt. Isso mudou cerca de cinco bilhões de anos atrás, quando a quintessência se tornou o componente dominante e seu efeito de repulsão gravitacional fez com que a expansão do universo acelerasse.
“A questão que estamos levantando neste artigo é: ‘Essa aceleração tem que durar para sempre?'” disse Steinhardt. “E se não, quais são as alternativas e em quanto tempo as coisas podem mudar?”
A morte da energia escura
Em seu estudo, Steinhardt e seus colegas, Anna Ijjas, da Universidade de Nova York, e Cosmin Andrei, de Princeton, previram como as propriedades da quintessência poderiam mudar nos próximos bilhões de anos. Para fazer isso, a equipe criou um modelo físico de quintessência, mostrando seu poder repelente e atraente ao longo do tempo, para se adequar às observações anteriores da expansão do universo. Uma vez que o modelo da equipe conseguiu reproduzir de forma confiável o histórico de expansão do universo, eles estenderam suas previsões para o futuro.
“Para sua surpresa, a energia escura em seu modelo pode decair com o tempo”, disse Hinshaw. “Sua força pode enfraquecer. E se isso acontecer de uma certa maneira, eventualmente a propriedade antigravitacional da energia escura desaparece e ela volta a ser algo que é mais parecido com a matéria comum.”
De acordo com o modelo da equipe, a força repelente da energia escura pode estar no meio de um rápido declínio que potencialmente começou há bilhões de anos.
Nesse cenário, a expansão acelerada do universo já está desacelerando hoje. Em breve, talvez dentro de cerca de 65 milhões de anos, essa aceleração poderá parar completamente – então, em apenas 100 milhões de anos, a energia escura poderá se tornar atraente, fazendo com que todo o universo comece a se contrair. Em outras palavras, após quase 14 bilhões de anos de crescimento, o espaço pode começar a encolher.
“Este seria um tipo muito especial de contração que chamamos de contração lenta”, disse Steinhardt. “Em vez de se expandir, o espaço se contrai muito, muito lentamente.”
Inicialmente, a contração do universo seria tão lenta que quaisquer humanos hipotéticos ainda vivos na Terra nem notariam uma mudança, disse Steinhardt. De acordo com o modelo da equipe, levaria alguns bilhões de anos de contração lenta para o universo atingir cerca de metade do tamanho que tem hoje.
O fim do universo?
A partir daí, uma de duas coisas pode acontecer, disse Steinhardt. Ou o universo se contrai até colapsar em si mesmo em um grande “crunch”, terminando o espaço-tempo como o conhecemos – ou o universo se contrai apenas o suficiente para retornar a um estado semelhante às suas condições originais e outro Big Bang – ou um grande “salto” — ocorre, criando um novo universo das cinzas do antigo.
Nesse segundo cenário (que Steinhardt e outro colega descreveram em um artigo de 2019 na revista Física Letras B), o universo segue um padrão cíclico de expansão e contração, flexões e saltos, que constantemente colapsam e o refazem. Se isso for verdade, nosso universo atual pode não ser o primeiro ou o único universo, mas apenas o mais recente de uma série infinita de universos que se expandiram e se contraíram antes do nosso, disse Steinhardt. E tudo depende da natureza mutável da energia escura.
Quão plausível é tudo isso? Hinshaw disse que a interpretação da quintessência do novo artigo é uma “suposição perfeitamente razoável para o que é a energia escura”. Como todas as nossas observações da expansão cósmica vêm de objetos que estão a milhões a bilhões de anos-luz da Terra, os dados atuais só podem informar os cientistas sobre o passado do universo, não sobre seu presente ou futuro, acrescentou. Assim, o universo poderia muito bem estar se aproximando de uma crise, e não teríamos como saber até muito depois do início da fase de contração.
“Eu acho que realmente se resume a quão convincente você acha que essa teoria é e, mais importante, quão testável você acha que ela é?” acrescentou Hinshaw.
Infelizmente, não há uma boa maneira de testar se a quintessência é real ou se a expansão cósmica começou a desacelerar, admitiu Steinhardt. Por enquanto, é apenas uma questão de encaixar a teoria com observações passadas – e os autores fazem isso com competência em seu novo artigo. Se um futuro de crescimento sem fim ou decadência rápida aguarda nosso universo, apenas Tempo irá dizer.
Publicado originalmente no Live Science.
Discussion about this post