Foi assim que o principal concorrente da Dark Energy falhou
As visões mais profundas do Universo distante mostram galáxias sendo afastadas pela energia escura. Se havia algo, como poeira, bloqueando essa luz foi uma alternativa seriamente considerada por muitos anos. (NASA, ESA, R. WINDHORST E H. YAN)
O Universo em expansão realmente está se acelerando, e nenhum cenário empoeirado pode explicar isso.
Há 20 anos, nossa compreensão do Universo passou por uma revolução. Por gerações, sabíamos que o Universo estava se expandindo, mas não sabíamos seu destino. Se iria entrar em colapso (com a gravidade derrotando a expansão), expandir para sempre (com a expansão derrotando a gravidade), ou viver bem na fronteira entre os dois casos (com expansão e gravidade perfeitamente equilibradas) era uma das maiores questões em aberto da cosmologia.
Então, em 1998, duas equipes independentes – a equipe de busca de supernova high-z e o projeto de cosmologia da supernova – divulgaram seus resultados que mostraram que as supernovas ultradistantes eram muito fracas para serem consistentes com qualquer uma delas. O Universo não estava apenas se expandindo, a expansão estava acelerando. A expansão derrota a gravidade, e uma nova forma de energia foi necessária para explicar as observações: a energia escura.
Mas muitos cientistas estavam céticos. Afinal, se as coisas fossem mais fracas do que o esperado, talvez o Universo não estivesse acelerando. Talvez fosse apenas poeira? Durante anos, essa noção foi a principal ideia concorrente da energia escura. Aqui está como ele morreu.
Os destinos esperados do Universo (três ilustrações principais) correspondem a um Universo onde a matéria e a energia lutam contra a taxa de expansão inicial. Em nosso Universo observado, uma aceleração cósmica é causada por algum tipo de energia escura, que até agora é inexplicável. Todos esses Universos são regidos pelas equações de Friedmann, que relacionam a expansão do Universo aos vários tipos de matéria e energia presentes nele. (E. SIEGEL / ALÉM DA GALÁXIA)
A forma como o Universo se expande está inextricavelmente ligada à matéria e energia presentes nele. Um Universo dominado pela matéria se expandirá de maneira diferente de um dominado pela radiação; a composição do seu Universo e como ele muda ao longo do tempo determina como ele se expande. Por causa disso, um objetivo principal da cosmologia, por muito tempo, foi medir duas características principais: a taxa de expansão e como ela muda ao longo do tempo.
Mas não podemos medir o Universo em expansão diretamente. Só podemos medir objetos dentro do Universo. Portanto, não medimos a expansão do Universo; medimos quão brilhantes ou grandes objetos parecem ser. Se soubermos algumas coisas sobre eles – seu brilho intrínseco, seu brilho aparente e seu desvio para o vermelho – podemos inferir sua distância de nós e usar isso para calcular o histórico de expansão do Universo.
As velas padrão são ótimas para inferir distâncias com base no brilho medido, mas apenas se você estiver confiante no brilho intrínseco da vela e no ambiente não poluído entre você e a fonte de luz. (NASA/JPL-CALTECH)
A menos, é claro, que haja um fator confuso e poluente lá. Se você soubesse que tem uma lâmpada de 60 watts e observasse que ela tem um brilho específico, seria capaz de calcular a distância. A relação brilho-distância é muito simples: o brilho observado diminui com o inverso da distância ao quadrado (b ~ 1/r²).
Mas se estiver nublado, você terá um problema. A luz parecerá mais fraca do que a simples relação brilho-distância prevê, em proporção à densidade do nevoeiro. Se você apenas medisse essa luz distante e aplicasse a relação brilho-distância, concluiria que sua distância era maior do que realmente é. Seus resultados seriam tendenciosos, porque você não levou em conta o fato de que algo está bloqueando uma parte da luz.
Quando está nevoeiro lá fora, as fontes de luz distantes parecerão mais fracas do que de outra forma, pois uma parte de sua luz é bloqueada e dispersa. Se você não soubesse sobre o nevoeiro e inferisse uma distância apenas com base no brilho da luz, você inferiria que está muito longe. (NASIR KACHROO / NURPHOTO VIA GETTY IMAGES)
Então, se você aplicar essa lógica a essas supernovas mais fracas do que o esperado, você pode se perguntar se havia algum tipo de névoa cósmica bloqueando essa luz distante. Não temos neblina no Universo, mas temos poeira que bloqueia a luz. E se você colocar poeira suficiente a distâncias suficientemente grandes, poderá explicar por que as supernovas parecem mais fracas sem energia escura. É a primeira coisa que você consideraria; poeira adicional é muito menos uma revolução do que um novo tipo de energia que permeia o Universo.
Então isso se tornou uma proposição: havia alguma poeira adicional no Universo distante, e a razão pela qual as supernovas pareciam mais fracas não era porque elas estavam mais distantes devido a uma expansão extra do espaço, mas porque a poeira estava bloqueando a luz.
Vistas visíveis (esquerda) e infravermelha (direita) do glóbulo Bok rico em poeira, Barnard 68. A luz infravermelha não é bloqueada tanto, pois os grãos de poeira menores são muito pequenos para interagir com a luz de comprimento de onda longo. Em comprimentos de onda mais longos, mais do Universo além da poeira que bloqueia a luz pode ser revelada. (ISSO)
Grãos de poeira, no entanto, vêm em tamanhos específicos, e o tamanho dos grãos de poeira determina quais comprimentos de onda de luz são preferencialmente bloqueados, com a maioria das poeiras melhor bloqueando a luz azul do que a vermelha. É por isso que existem muitas nebulosas escuras no Universo que bloqueiam a luz visível, mas se você olhar com um telescópio infravermelho, poderá ver as estrelas por trás dessa nebulosa.
Medições de diferentes comprimentos de onda de luz, no entanto, não mostraram um fenômeno preferencial de bloqueio de luz. Em vez disso, eles mostraram que tanto a luz vermelha quanto a azul foram reduzidas em quantidades iguais. Você pode pensar que isso exclui a poeira como explicação, mas não é necessariamente assim. E se a poeira no Universo distante fosse de um novo tipo, que bloqueasse todos os comprimentos de onda da luz igualmente?
A Nebulosa Baby Eagle, LBN 777, parece ser uma região cinza e empoeirada no espaço. Mas a poeira em si não é de cor cinza, mas preferencialmente absorve luz azul, em vez de vermelha, sendo feita de partículas de poeira físicas reais e não a poeira cinza teórica. (DAVID DVALI / WIKIPÉDIA INGLESA)
Esse tipo de poeira não descoberto, apelidado de poeira cinza, pode bloquear todos os comprimentos de onda igualmente. Se você criasse uma população de grãos de poeira que tivesse uma distribuição de tamanho específica que abrangesse muitas ordens de magnitude em escala, isso poderia, teoricamente, causar esse efeito de escurecimento igualmente em todos os comprimentos de onda. Mesmo que nunca tenhamos descoberto tal distribuição de poeira naturalmente, podemos imaginar que o Universo a cria em lugares onde não podemos medi-la diretamente.
Então precisávamos de alguma maneira de testar isso, e isso envolvia observar supernovas a várias distâncias. Se fosse poeira cinza, deveria haver mais continuando a bloquear progressivamente mais luz a distâncias maiores. Se a energia escura estivesse correta, a expansão do Universo prevê um resultado diferente. Em 2004 ou 2005, os resultados eram bastante claros.
A observação de supernovas ainda mais distantes nos permitiu discernir a diferença entre “poeira cinza” e energia escura, descartando a primeira. Mas a modificação da “pó cinzenta reabastecedora” ainda é indistinguível da energia escura. (A.G. RIESS ET AL. (2004), THE ASTROPHYSICAL JOURNAL, VOLUME 607, NÚMERO 2)
A energia escura era consistente com o que vimos; poeira cinza estava fora.
Mas isso significa que a energia escura deve ser real?
Não necessariamente. Você sempre pode modificar sua explicação de poeira cinza de uma maneira que se ajuste aos dados: fazendo com que essa poeira cinza mude em densidade e localização ao longo do tempo à medida que o Universo se expande: reabastecendo a poeira cinza. Se você inserisse um método para criar uma nova poeira cinzenta para mantê-la em uma densidade constante à medida que o Universo se expandisse, você poderia novamente corresponder aos dados.
Mas ninguém trabalha para reabastecer a poeira cinza. Quando chegamos a esse conjunto de dados, os últimos céticos razoáveis que promoviam explicações empoeiradas haviam desistido.
A relação distância/desvio para o vermelho, incluindo os objetos mais distantes de todos, vistos de suas supernovas do tipo Ia. Os dados favorecem fortemente a aceleração cósmica, embora existam outros dados agora. (NED WRIGHT, COM BASE NOS DADOS MAIS RECENTES DE BETOULE ET AL.)
A razão é simples: com a adição de parâmetros, advertências, comportamentos ou modificações extras suficientes em sua teoria, você pode literalmente salvar qualquer ideia. Contanto que você esteja disposto a ajustar o que você criou o suficiente, você nunca pode descartar nada. Se você quisesse inventar uma explicação empoeirada que imitasse os efeitos da energia escura, você poderia fazê-lo. Em algum momento, porém, você perde toda a motivação física e está apresentando explicações multiparâmetros para explicar uma observação que um único parâmetro livre – energia escura – deu a você antes de começar a mexer em sua teoria da poeira.
Um Universo com energia escura (vermelho), um Universo com grande energia heterogênea (azul) e um Universo crítico, livre de energia escura (verde). Observe que a linha azul se comporta de maneira diferente da energia escura. Novas ideias devem fazer previsões diferentes, observáveis e testáveis das outras ideias principais. E as ideias que falharam nesses testes observacionais devem ser abandonadas quando chegarem ao ponto do absurdo. (GÁBOR RÁCZ ET AL., 2017)
Há mais de 100 anos, o físico Max Planck disse o seguinte:
Uma nova verdade científica não triunfa convencendo seus oponentes e fazendo-os ver a luz, mas sim porque seus oponentes eventualmente morrem e uma nova geração cresce familiarizada com ela.
Muitas vezes parafraseamos isso como, simplesmente, a física avança um funeral de cada vez. Se você é alguém que está apegado à ideia de que a energia escura não é uma boa explicação para o Universo – que geralmente está enraizada em um sentimento, não em evidência – você sempre pode encontrar uma explicação alternativa para o que observamos. Mas a maioria dessas explicações, como reabastecer a poeira cinzenta, é um exemplo de súplica especial, não um exemplo de bom trabalho científico.
Restrições à energia escura de três fontes independentes: supernovas, CMB e BAO (que são uma característica da estrutura em grande escala do Universo. Observe que mesmo sem supernovas, precisaríamos de energia escura, e que apenas 1/6 da a matéria encontrada pode ser matéria normal; o resto deve ser matéria escura. (PROJETO DE COSMOLOGIA SUPERNOVA, AMANULLAH, ET AL., AP.J. (2010))
Existem outras maneiras de fazer supernovas distantes parecerem mais fracas do que deveriam – como fazer os fótons oscilarem em áxions – mas isso ainda não se encaixa nas supernovas de redshift ultra-alto. Nós nem contamos mais com as supernovas para a existência da energia escura: temos evidências suficientes da estrutura em larga escala do Universo e do Fundo de Microondas Cósmica para demonstrar sua necessidade.
Quando as contorções que você deve realizar para salvar sua ideia concorrente atingem o nível do absurdo, você deve abandoná-la. A alternativa empoeirada à energia escura perdeu todo o seu poder preditivo e motivação física. A energia escura explica o Universo que observamos; poeira de qualquer forma conhecida não. Não foi preconceito ou preconceito que matou o principal concorrente da energia escura. Era informação do próprio Universo.
Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .
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