Após quase 13,8 bilhões de anos de expansão ininterrupta, o universo pode em breve parar e começar a se contrair lentamente, nova pesquisa publicada na revista Anais da Academia Nacional de Ciências sugere.
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 passadas de 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 Asteróide 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 contrariamente à gravidadeafastando 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 Einsteiné 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. No universo primitivo, a quintessência era atraente e a expansão cósmica estava desacelerando; mais tarde – talvez cerca de 10 bilhões de anos atrás, Steinhardt sugeriu — o equilíbrio de matéria e energia no universo mudou, e a quintessência tornou-se repelente, acelerando a expansão cósmica.
“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 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 de atração e repelência 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 milhões 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 novamente, 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 Terra nem notaria uma mudança, disse Steinhardt. De acordo com o modelo da equipe, seriam necessários 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 Grande explosão — 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. Então, 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 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 habilmente em seu novo artigo. Se um futuro de crescimento sem fim ou decadência rápida aguarda nosso universo, apenas Tempo irá dizer.
Originalmente publicado no Live Science.
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