Não é mais um erro

Descrição artística de uma explosão de supernova no espaço. Na década de 1990, os pesquisadores usaram supernovas para identificar a existência da energia escura, trazendo a ciência de volta à constante cosmológica antes descartada por Einstein. Crédito da imagem: Shutterstock

A constante cosmológica é presumivelmente uma forma enigmática de matéria ou energia que age em oposição à gravidade e é considerada por muitos físicos como equivalente à energia escura. Ninguém sabe realmente o que é a constante cosmológica exatamente, mas ela é necessária nas equações cosmológicas para reconciliar a teoria com nossas observações do universo.

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Quem surgiu com a constante cosmológica?

Albert Einstein, o famoso físico germano-americano, criou a constante cosmológica, que chamou de "constante universal", em 1915, como um meio de equilibrar certos cálculos em sua teoria da relatividade geral. Na época, os físicos acreditavam que o universo era estático, nem se expandindo nem se contraindo, mas o trabalho de Einstein sugeria que a gravidade faria com que ele fizesse um ou outro. Assim, para se harmonizar com o consenso científico, Einstein inseriu um fator fudge, denotado pela letra grega lambda, em seus resultados, o que manteve o cosmos parado.

No entanto, um pouco mais de uma década depois, o astrônomo americano Edwin Hubble percebeu que as galáxias estavam se afastando de nós, indicando que o universo estava se expandindo.

Einstein chamou lambda de seu "maior erro".

As observações de Hubble negaram a necessidade de uma constante cosmológica por décadas, mas isso mudou quando astrônomos examinando supernovas distantes no final dos anos 1990 descobriram que o cosmos não estava apenas se expandindo, mas acelerando sua expansão. Eles chamaram a misteriosa força antigravitacional necessária para explicar esse fenômeno de "energia escura".

Na década de 1920, o físico russo Alexander Friedmann desenvolveu uma equação, agora chamada de Equação de Friedmann, que descreve as propriedades do universo a partir do Big Bang, de acordo com um tutorial online da Georgia State University.

Tirando a poeira do lambda de Einstein e conectando-a às equações de Friedmann, os pesquisadores puderam modelar o cosmos corretamente, isto é, com uma taxa de expansão acelerada.

Esta versão da Equação de Friedmann agora forma a espinha dorsal da teoria cosmológica contemporânea, que é conhecida como ΛCDM (Lambda CDM, onde CDM significa matéria escura fria) e é responsável por todos os componentes conhecidos da realidade.

Então, qual é esse número mágico?

No entanto, ninguém realmente entende o que é lambda. A maioria dos físicos a considera intercambiável com o conceito de energia escura, mas isso não torna as coisas mais claras porque a energia escura é simplesmente um marcador que descreve alguma substância antigravidade desconhecida. Portanto, basicamente voltamos a usar o fator de correção de Einstein.

Uma explicação potencial para a constante cosmológica reside no reino da física de partículas moderna. Experimentos verificaram que o espaço vazio é permeado por incontáveis partículas virtuais que constantemente entram e saem da existência. Essa ação incessante cria o que é conhecido como "energia do vácuo", ou uma força que surge do espaço vazio, inerente à estrutura do espaço-tempo que poderia separar o universo.

Este gráfico mostra um mapa das taxas de expansão do universo em diferentes direções. O mapa está em coordenadas galácticas, com o centro voltado para o centro da nossa galáxia. As cores preta e roxa mostram as direções das taxas de expansão mais baixas (a constante de Hubble); amarelo e vermelho mostram as direções das taxas de expansão mais altas.Crédito da imagem: Universidade de Bonn/K. Migkas et al.

Mas conectar a energia do vácuo à constante cosmológica não é simples. Com base em suas observações de supernovas, os astrônomos estimam que a energia escura deve ter um valor pequeno e calmo, apenas o suficiente para separar tudo no universo ao longo de bilhões de anos.

No entanto, quando os cientistas tentam calcular a quantidade de energia que deve surgir do movimento das partículas virtuais, eles chegam a um resultado que é 120 ordens de magnitude maior do que os dados da supernova sugerem.

Para aumentar o enigma, alguns pesquisadores propuseram que a constante cosmológica pode não ser uma constante, mas sim muda ou flutua com o tempo. Esta teoria é chamada de quintessência e alguns projetos, como o Dark Energy Survey, estão atualmente fazendo observações precisas para ver se tem algum suporte observacional.

Nesse ínterim, os cosmologistas continuarão a usar lambda. Eles podem não saber o que é, mas sabem que precisam disso para fazer o universo fazer sentido.

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Recursos adicionais:

• Confira na página da NASA sobre a constante cosmológica.
• Veja uma explicação técnica da densidade de energia do vácuo na UCLA.
• O minutephysics do canal do YouTube explica o maior erro de Einstein aqui.

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Referência:

MANN, Adam. What is the cosmological constant?. Live Science, Nova York, 16, fev. 2021. References. Disponível em: <https://www.livescience.com/cosmological-constant.html?fbclid=IwAR0yQ-2NdLJuIGiRdw06cQu3Tlc2ViWnw8rReZJfn5LyBeyhQYTC7URhLDQ>. Acesso em: 22, abr. 2021.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.