Nada de energia escura: matemáticos propõem nova explicação para aceleração cósmica

(dv) UC Davis

Matemáticos propuseram uma explicação diferente para a expansão acelerada do universo, que não necessita de energia escura.

De acordo com o estudo, publicado na Proceedings of the Royal Society A, as equações originais de Einstein para a relatividade geral já predizem a aceleração cósmica devido a uma “instabilidade”, e não precisam desse elemento elusivo.

Pouco depois de Albert Einstein ter escrito as equações para a relatividade geral, descrevendo a gravidade, o fºisico incluiu um fator “antigravidade” chamado de “constante cosmológica” para equilibrar a atração gravitacional e produzir um universo estático.

Mais tarde, Einstein classificou a constante cosmológica como o seu maior erro.

Sabemos há algum tempo que o universo não é estático: Não só está em expansão, como essa expansão está a acelerar. Para explicar isso, os cosmólogos invocaram uma força misteriosa chamada “energia escura”.

Quando os cosmólogos modernos começaram a estudar a aceleração cósmica, trataram a constante cosmológica de Einstein como permutável com a energia escura, dado o novo conhecimento. Essa explicação, no entanto, não satisfazia os matemáticos Blake Temple e Zeke Vogler, da Universidade da Califórnia, e Joel Smoller, da Universidade de Michigan.

“Propusemo-nos a encontrar a melhor explicação possível para a aceleração anómala das galáxias dentro da teoria original de Einstein, sem a energia escura”, disse Temple.

De acordo com os autores, a teoria original deu previsões corretas em todos os outros contextos, e não há prova direta da energia escura. Então, por que adicionar um fator incerto, como a energia escura ou a constante cosmológica, a equações que já parecem corretas?

No artigo, os matemáticos argumentam que as equações estão de facto corretas, e é a hipótese de um universo com galáxias em expansão uniforme que está errada, com ou sem energia escura, porque essa configuração é instável.

Os modelos cosmológicos começam a assumir que toda a matéria está em expansão, mas distribuída uniformemente no espaço a todo momento. Isso é chamado de “Universo de Friedmann”, a partir de um conjunto de equações que governam a expansão métrica do espaço em modelos homogéneos e isotrópicos, dentro do contexto da teoria da relatividade geral.

Temple, Smoller e Vogler resolveram as equações da relatividade geral sem invocar a energia escura. As soluções mostram que o espaço-tempo de Friedmann é na verdade instável: qualquer perturbação – por exemplo, se a densidade da matéria é um pouco menor do que a média – empurra o espaço-tempo para um universo acelerado.

Temple compara isso a um pêndulo invertido. Em posição normal, é estável no ponto mais baixo. Mas se o virar ao contrário, o pêndulo pode se equilibrar se for corretamente centrado, no entanto, qualquer rajada pequena irá fazê-lo cair.

Isso diz-nos que não devemos esperar medir um universo de Friedmann, porque é instável. O que devemos medir, em vez disso, são espaços-tempos locais que aceleram mais rápido.

Notavelmente, esses espaços-tempos locais criados pela instabilidade exibem precisamente a mesma gama de acelerações cósmicas obtidas em teorias de energia escura.

De acordo com Temple, o que isso mostra é que a aceleração das galáxias pode ter sido predita na teoria original da relatividade geral, sem invocar a energia escura ou constante cosmológica.

“A matemática não é controversa, a instabilidade não é controversa. O que não sabemos é se a nossa galáxia está próxima do centro de uma grande região de sub-densidade da matéria no universo”, disse Temple.

Segundo os autores, a hipótese inclui previsões testáveis que distinguem o modelo dos de energia escura.