• Começa Com Um Estrondo

Podemos testar a energia escura usando o sistema solar?

Crédito da imagem: National Geographic Society, janeiro de 2015.

A força que só foi vista nas maiores escalas cósmicas também afeta as menores. Nós só precisamos olhar bem o suficiente.

Ainda há muitas perguntas a serem respondidas. Quando você olha para qualquer parte do universo, você tem que se sentir humilde. – Saul Perlmutter

Uma das maiores revoluções em nossa compreensão científica do Universo ocorreu no final do século passado, quando descobrimos a existência de energia escura. Antes disso, o Big Bang – onde o Universo começou a partir de um estado quente, denso e em rápida expansão que esfriou e se espalhou ao longo do tempo – foi o ponto de partida para a luta cósmica final.

Crédito da imagem: NASA/CXC/M.Weiss.

Por maior que tenha sido a expansão inicial, toda a matéria e energia no Universo implicava que havia uma tremenda força gravitacional trabalhando para juntar tudo de volta. Foi dado como certo que haveria três destinos possíveis para o Universo:

1. A gravidade acabaria por superar a expansão inicial, e o Universo pararia de se expandir, inverteria sua direção e começaria a se contrair. Com o tempo, ele iria recair em um Big Crunch .
2. A expansão inicial teria sido muito grande e, por mais que tentasse, a gravidade nunca reuniria o Universo novamente. Em vez disso, tudo no Universo se expandiria para longe um do outro, resultando em uma Grande congelamento .
3. Ou talvez o Universo estivesse perfeitamente equilibrado entre esses dois casos, onde mais um próton causaria um colapso, mas esse próton não está lá. Isso nos dá uma Universo crítico , à beira do colapso e da expansão eterna.

Mas o Universo tinha uma surpresa para nós.

Crédito de imagem: NASA & ESA, via http://www.spacetelescope.org/images/opo9919k/ .

Em vez de algum desses três casos, a expansão do Universo desacelerou por um tempo, mas então as galáxias distantes começaram a acelerar à medida que se afastavam de nós. Essa transição aconteceu cerca de 6 bilhões de anos atrás – quando o Universo tinha 7,8 bilhões de anos – e mudou o destino de todos os três casos esperados.

Crédito da imagem: Coldcreation, usuário do Wikimedia Commons, via https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Lambda-Cold_Dark_Matter,_Accelerated_Expansion_of_the_Universe,_Big_Bang-Inflation.jpg .

Claro, o Universo vontade terminar em um Big Freeze, mas vai congelar mais rápido do que qualquer um esperava. Além disso, todas as galáxias distantes, grupos e aglomerados que ainda não estão gravitacionalmente ligados ao nosso (que está a mais de 3 milhões de anos-luz de nós) serão empurrados para longe de nós por essa energia escura: a expansão do espaço será imparável.

Mas como isso afeta a física em ambientes menores, locais e potencialmente testável balança? Se queremos entender algo em ciência, não basta apenas descrever o que está fazendo; queremos entender como ele realmente funciona! Embora a força da energia escura não seja capaz de desvincular coisas como galáxias, aglomerados de estrelas ou sistemas solares, ela faz têm efeitos reais no tecido do próprio espaço-tempo. Embora esses efeitos possam ser pequenos e sutis, com precisão suficiente, devemos ser capaz de detectá-los.

Crédito da imagem: NASA-APL, de Mercury, através da missão Messenger.

De uma perspectiva histórica, o problema com a gravidade newtoniana que levou à teoria da Relatividade Geral de Einstein – comemorando seu aniversário de 100 anos neste outono – foi a órbita de Mercúrio. Você vê, se houvesse só duas massas no Sistema Solar, o Sol e Mercúrio, então Mercúrio se moveria em uma elipse perfeita, fechando-se sobre si mesmo a cada órbita. Mas também existem outras massas no Sistema Solar: planetas, asteróides, luas, cometas e muito mais. Estes fazem com que a elipse que a órbita de Mercúrio faz para preceder , ou para que sua elipse circule ao redor do Sol ao longo do tempo.

Crédito da imagem: trabalho de domínio público de KSmrq, via Wikimedia Commons.

A taxa de precessão prevista pela gravidade newtoniana foi de cerca de 532 segundos de arco por século (ou cerca de 0,2 graus por século), enquanto o observado a precessão era de 575 segundos de arco por século. A diferença não se devia a uma massa desconhecida, mas sim à relatividade de Einstein, que explicava os 43 segundos de arco perdidos por século e fazia uma série de outras previsões.

O que é interessante sobre um universo que contém energia escura é que ele causa uma extra precessão devido a essa constante cosmológica, ou a energia inerente ao próprio espaço. Como Hideyoshi Arakida recentemente treinou , que resulta em uma precessão extra para Mercúrio de cerca de 0,4 trilionésimos de um segundo de arco por século, enquanto o número para a Terra (dado no gráfico abaixo) é cerca de 30 vezes menor.

Crédito da imagem: H. Arakida, via http://arxiv.org/pdf/1212.6289v1.pdf .

Isso não é praticamente testável agora ou em breve, pois nossas incertezas de limitações observacionais e de cálculo estão no limite. centésimo precisão de um segundo de arco por século, mas é bom saber que a energia escura realmente é testável em princípio, e que à medida que nossas observações melhorem - mapeando asteróides, o cinturão de Kuiper, a nuvem de Oort e todas as luas - junto com nosso poder de cálculos, poderemos dizer se existe energia escura no Sistema Solar e se é uma constante cosmológica (ou não) afinal.

Crédito da imagem: NASA/CXC/M. Weiss.

Embora ainda não seja prático, nós posso testar a energia escura usando o próprio Sistema Solar. É apenas uma questão de tecnologia, tenacidade e tempo.

Sair seus comentários em nosso fórum , Apoio, suporte Começa com um estrondo! no Patreon , e pré-encomenda nosso primeiro livro, Além da Galáxia , hoje!

Compartilhar: