Introdução

Depois de atravessar a Câmara do Invisível e conhecer o mistério da matéria escura, o viajante da Nave de Micah acredita já ter encontrado uma das maiores fronteiras da cosmologia.

Então surge uma nova pergunta:

Se a gravidade tende a aproximar a matéria, por que a expansão do universo está acelerando?

A Nave permanece em silêncio.

Galáxias aparecem diante do viajante.

Primeiro próximas.

Depois cada vez mais afastadas.

A escala aumenta.

Os grandes filamentos da teia cósmica tornam-se pequenos diante da vastidão.

E algo inesperado acontece: a expansão não está simplesmente prosseguindo.

Em grandes escalas e na história cósmica recente, ela está acelerando.

O nome dado ao componente responsável por essa aceleração nos modelos cosmológicos atuais é:

energia escura.

Na Nave de Micah, sua contemplação acontece no Santuário da Expansão, um lugar dedicado a uma das descobertas mais surpreendentes da cosmologia moderna.

O QUE É A ENERGIA ESCURA?

Energia escura é o nome utilizado para o componente ou fenômeno associado à expansão acelerada do universo.

O termo pode dar a impressão de que sabemos exatamente o que ela é.

Não sabemos.

Sabemos, porém, que diferentes observações cosmológicas indicam que a expansão do universo mudou ao longo de sua história e encontra-se atualmente em uma fase de aceleração.

Para explicar esse comportamento dentro do modelo cosmológico padrão, introduzimos um componente com propriedades muito diferentes da matéria comum e da matéria escura.

Esse componente recebe o nome de energia escura.

Portanto, é importante compreender desde o início: energia escura é um dos nomes de uma grande pergunta científica ainda em investigação.

O SANTUÁRIO DA EXPANSÃO

Na Nave de Micah existe uma câmara tão ampla que suas paredes parecem desaparecer.

Milhares de galáxias flutuam ao redor do visitante.

No início, as distâncias entre elas parecem estáveis.

Então o próprio espaço holográfico começa a expandir-se.

As galáxias ficam progressivamente mais afastadas.

Não existe uma explosão central.

Não existe um ponto privilegiado.

A estrutura inteira aumenta de escala.

O viajante percebe que compreender a expansão do universo exige abandonar algumas intuições do cotidiano.

NÃO É UMA EXPLOSÃO DENTRO DO ESPAÇO

Uma maneira comum, mas incompleta, de imaginar o Big Bang é pensar em uma explosão ocorrendo em algum ponto de um espaço vazio.

A cosmologia moderna descreve algo diferente.

O próprio espaço evolui e se expande.

Em grandes escalas, galáxias suficientemente distantes parecem afastar-se porque as distâncias cosmológicas entre regiões aumentam.

Não existe necessidade de imaginar um centro espacial da expansão.

Essa distinção é essencial para compreender a energia escura.

O CRISTAL DA EXPANSÃO

No centro do Santuário encontra-se o Cristal da Expansão.

Ele é formado por uma delicada rede tridimensional.

Pequenos pontos luminosos ocupam suas interseções.

Quando o cristal começa a aumentar, os pontos tornam-se mais distantes uns dos outros.

Nenhum deles precisa correr sobre a superfície.

É a própria estrutura que cresce.

Na linguagem contemplativa da Nave de Micah, o cristal ensina: às vezes, não são apenas os objetos que mudam; muda também a estrutura dentro da qual observamos suas relações.

A DESCOBERTA DA EXPANSÃO ACELERADA

No final da década de 1990, duas equipes independentes investigavam supernovas do tipo Ia muito distantes.

Essas explosões estelares podem ser utilizadas como importantes indicadores de distância cosmológica.

Os pesquisadores esperavam medir quanto a expansão do universo estava desacelerando devido à atração gravitacional da matéria.

Os resultados apontaram para algo inesperado.

A expansão parecia estar acelerando.

A descoberta transformou profundamente a cosmologia.

Em 2011, Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Riess receberam o Prêmio Nobel de Física por trabalhos relacionados a essa descoberta.

A GALERIA DAS SUPERNOVAS

Na Nave de Micah existe um corredor escuro onde estrelas explodem lentamente em hologramas.

Cada clarão representa uma supernova distante.

Ao lado delas aparecem medidas de brilho, distância e desvio para o vermelho.

O visitante percebe que uma das maiores descobertas sobre o destino do universo surgiu da observação cuidadosa da luz de estrelas que explodiram há bilhões de anos.

Mais uma vez, a luz tornou-se mensageira do passado.

A CONSTANTE COSMOLÓGICA

Uma das explicações mais simples para a energia escura utiliza a chamada constante cosmológica, geralmente representada pela letra grega lambda.

Ela pode ser interpretada como uma propriedade associada ao próprio espaço vazio.

Dentro do modelo cosmológico padrão, essa explicação descreve muito bem grande parte das observações disponíveis.

Mas existe um problema profundo.

Quando tentamos relacionar essa ideia às previsões da física quântica sobre a energia do vácuo, surgem enormes dificuldades teóricas.

Por isso, mesmo uma explicação aparentemente simples abre portas para questões fundamentais.

O ESPAÇO VAZIO É REALMENTE VAZIO?

Na física moderna, “vazio” não significa necessariamente ausência absoluta de propriedades físicas.

Campos quânticos continuam fazendo parte da descrição da natureza mesmo em regiões aparentemente vazias.

Isso levou pesquisadores a investigar possíveis relações entre energia do vácuo e energia escura.

Entretanto, ainda não existe uma explicação completa e confirmada capaz de resolver todas as dificuldades associadas a essa relação.

O vazio permanece muito mais interessante do que parece.

MATÉRIA ESCURA E ENERGIA ESCURA

Apesar dos nomes semelhantes, são conceitos diferentes.

Matéria escura contribui gravitacionalmente para a formação e dinâmica de estruturas como galáxias e aglomerados.

Energia escura está associada à aceleração da expansão cósmica.

Uma favorece a formação de estruturas gravitacionalmente ligadas.

A outra domina o comportamento da expansão em escalas cosmológicas muito grandes na era atual.

Confundir as duas impede compreender justamente aquilo que torna cada mistério tão interessante.

O MAPA DO UNIVERSO INVISÍVEL

No Santuário da Expansão existe uma grande esfera dividida em três regiões.

Uma pequena parte corresponde à matéria comum.

Uma região maior representa a matéria escura.

E a maior parcela representa a energia escura.

No modelo cosmológico padrão atual, aproximadamente:

5% correspondem à matéria comum;

27% à matéria escura;

68% à energia escura.

Os valores exatos dependem das análises cosmológicas, mas a mensagem geral é impressionante: aquilo que conhecemos diretamente como matéria comum constitui apenas uma pequena parcela do conteúdo cósmico.

COMO SABEMOS QUE A EXPANSÃO ACELERA?

As supernovas foram fundamentais para a descoberta inicial, mas não são a única evidência considerada atualmente.

A cosmologia combina diferentes tipos de observação.

Entre elas:

• supernovas do tipo Ia;
• radiação cósmica de fundo;
• oscilações acústicas de bárions;
• distribuição de galáxias;
• formação das grandes estruturas cósmicas;
• diferentes medições da história da expansão.

A força do modelo surge da tentativa de explicar simultaneamente conjuntos independentes de dados.

O QUE SÃO OSCILAÇÕES ACÚSTICAS DE BÁRIONS?

No universo primordial existiam ondas propagando-se pelo plasma quente de matéria e radiação.

Essas oscilações deixaram uma escala característica na distribuição posterior da matéria.

Hoje, essa assinatura pode ser estudada na distribuição das galáxias.

Ela funciona como uma espécie de régua cósmica.

Ao comparar essa escala em diferentes épocas, pesquisadores conseguem investigar como o universo se expandiu ao longo do tempo.

A RÉGUA DAS GALÁXIAS

Na Nave de Micah, milhões de pontos luminosos aparecem formando um gigantesco mapa tridimensional.

O visitante observa padrões estatísticos quase imperceptíveis.

Um instrumento cristalino mede as distâncias.

A cena recorda que cosmologia moderna não depende apenas de imagens espetaculares.

Muitas descobertas surgem de padrões encontrados em enormes conjuntos de dados.

A ENERGIA ESCURA EXISTIU SEMPRE?

Se a energia escura for realmente descrita por uma constante cosmológica, sua densidade permanece aproximadamente constante enquanto o universo se expande.

A matéria, por outro lado, torna-se progressivamente mais diluída conforme o espaço aumenta.

Por isso, no universo jovem, a matéria teve uma influência relativa muito maior.

Com o passar do tempo, a energia escura tornou-se dominante na dinâmica da expansão.

A aceleração cósmica é, portanto, uma característica relativamente recente quando comparada à história completa do universo.

O UNIVERSO TEVE DIFERENTES ERAS

A história cósmica pode ser compreendida como uma sucessão de períodos nos quais diferentes componentes tiveram maior influência.

Houve uma era em que a radiação era particularmente importante.

Depois a matéria tornou-se dominante.

Muito mais tarde, a energia escura passou a dominar a expansão em grande escala.

Na Nave de Micah, essas fases aparecem no Corredor das Três Eras.

Primeiro, luz.

Depois, matéria.

Finalmente, expansão acelerada.

O DESTINO DO UNIVERSO

Se a energia escura continuar comportando-se aproximadamente como uma constante cosmológica, a expansão deverá continuar acelerando.

Galáxias distantes tenderão a tornar-se cada vez mais afastadas.

Em escalas temporais extremamente grandes, muitas regiões atualmente observáveis poderão tornar-se inacessíveis causalmente.

O universo tenderia a ficar progressivamente mais frio, escuro e diluído.

Esse cenário é frequentemente associado à chamada morte térmica ou Big Freeze.

Mas previsões sobre o futuro distante dependem da verdadeira natureza da energia escura.

E essa natureza ainda não é conhecida.

OUTROS FUTUROS SÃO POSSÍVEIS?

Sim, dependendo de como a energia escura realmente se comporta.

Se suas propriedades variarem ao longo do tempo, diferentes destinos cosmológicos podem ser possíveis.

Alguns modelos teóricos consideram cenários como mudanças na taxa de aceleração ou comportamentos mais extremos.

Entretanto, não devemos apresentar essas possibilidades como previsões confirmadas.

São cenários investigados teoricamente.

A ciência distingue aquilo que os dados favorecem hoje daquilo que permanece possível em modelos alternativos.

QUINTESSÊNCIA

Uma das alternativas teóricas à constante cosmológica é conhecida como quintessência.

Nesse tipo de modelo, a energia escura estaria associada a um campo dinâmico capaz de evoluir ao longo do tempo.

Até hoje, não existe confirmação de que a quintessência seja a explicação correta.

Ela permanece uma possibilidade estudada.

A pergunta central continua:

a energia escura é constante ou evolui?

Responder a essa questão é um dos objetivos importantes da cosmologia contemporânea.

OS NOVOS MAPAS DO UNIVERSO

Novas gerações de observatórios estão aumentando dramaticamente nossa capacidade de mapear o cosmos.

Pesquisas de grandes áreas do céu observam milhões de galáxias.

Astrônomos medem distâncias, lentes gravitacionais e distribuição de matéria.

O objetivo é reconstruir com maior precisão a história da expansão e do crescimento das estruturas.

Quanto melhor conhecermos essa história, mais poderemos restringir as possíveis explicações para a energia escura.

A CÂMARA DAS POSSIBILIDADES

No final do Santuário da Expansão existem vários caminhos luminosos.

Cada um representa um modelo cosmológico possível.

Alguns desaparecem quando novas evidências são introduzidas.

Outros permanecem.

O visitante compreende uma característica essencial do conhecimento científico: uma boa teoria não é aquela que simplesmente parece bonita.

É aquela que consegue sobreviver ao confronto com observações.

ENERGIA ESCURA NÃO É ENERGIA ESPIRITUAL

A palavra “energia” possui significados diferentes em diferentes contextos.

Na física, energia é uma grandeza definida matematicamente e relacionada a propriedades mensuráveis dos sistemas.

A energia escura pertence ao contexto da cosmologia física.

Não existe evidência científica estabelecida de que ela corresponda à consciência, a uma força espiritual, a vibrações humanas ou a qualquer campo metafísico.

Essas ideias podem ser utilizadas como metáforas filosóficas.

Mas metáfora e evidência científica não são a mesma coisa.

A Cosmologia Contemplativa preserva essa distinção.

A LIÇÃO DA EXPANSÃO

O viajante permanece diante do Cristal da Expansão.

As pequenas luzes continuam se afastando.

Ele percebe que o universo não é uma estrutura imóvel.

Possui história.

Mudança.

Evolução.

Aquilo que existe hoje não precisa ter existido da mesma maneira no passado.

E aquilo que existe hoje também não precisa permanecer igual para sempre.

PRÁTICA CONTEMPLATIVA — CRIAR ESPAÇO

Sente-se confortavelmente.

Respire lentamente.

Imagine um grande céu cheio de estrelas.

A cada respiração, visualize mais espaço surgindo entre elas.

Não procure interpretar essa experiência como fenômeno físico.

Utilize-a apenas como exercício contemplativo.

Pergunte:

“Em que área da minha vida preciso criar espaço para que algo novo possa surgir?”

Talvez seja espaço para silêncio.

Para descanso.

Para uma nova ideia.

Para aprender.

Para mudar de opinião.

Permaneça alguns instantes observando.

PERGUNTA PARA REFLEXÃO

Você consegue permitir que sua compreensão da realidade se expanda quando novas evidências mostram que aquilo que acreditava saber era apenas parte de uma história maior?

CONCLUSÃO

A energia escura representa uma das maiores surpresas da cosmologia moderna.

Durante muito tempo, imaginou-se que a atração gravitacional da matéria deveria reduzir progressivamente a expansão cósmica.

Mas as observações revelaram algo inesperado: o universo está atravessando uma fase de expansão acelerada.

Chamamos de energia escura aquilo que utilizamos para descrever esse fenômeno dentro dos modelos atuais.

Ainda não sabemos sua verdadeira natureza.

Talvez esteja relacionada à energia do próprio espaço.

Talvez envolva um campo ainda desconhecido.

Talvez uma compreensão futura da gravidade transforme novamente nossa interpretação.

Na Nave de Micah, o Santuário da Expansão não oferece uma resposta definitiva.

Oferece algo mais valioso:

uma pergunta aberta.

Porque o universo continua demonstrando que aquilo que já sabemos pode ser apenas a entrada para mistérios ainda maiores.

E talvez contemplar o cosmos seja justamente aprender isso: quanto mais distante conseguimos enxergar, maior se torna o território daquilo que ainda podemos descobrir.