É por isso que a energia escura deve existir, apesar dos relatórios recentes em contrário
Os diferentes destinos possíveis do Universo, com nosso destino real e acelerado mostrado à direita. Depois de um tempo suficiente, a aceleração deixará todas as estruturas galácticas ou supergalácticas ligadas completamente isoladas no Universo, à medida que todas as outras estruturas aceleram irrevogavelmente. Só podemos olhar para o passado para inferir a presença da energia escura. (NASA e ESA)
Um físico de Oxford tenta lançar dúvidas sobre a energia escura, mas os dados dizem o contrário.
Foi apenas 20 anos atrás que nossa imagem do Universo teve uma revisão impressionante. Todos nós sabíamos que nosso Universo estava se expandindo, que estava cheio de matéria e radiação, e que a maior parte da matéria lá fora não poderia ser feita das mesmas coisas normais (átomos) com as quais estávamos mais familiarizados. Estávamos tentando determinar, com base em como o Universo estava se expandindo, qual era o nosso destino: nós entraríamos em colapso, expandiríamos para sempre ou estaríamos bem na fronteira entre os dois?
Supernovas distantes de um tipo específico eram a ferramenta que usaríamos para decidir. Em 1998, dados suficientes chegaram para que duas equipes independentes divulgaram os resultados surpreendentes: o Universo não apenas se expandiria para sempre, mas a expansão estava acelerando.
Um dos melhores conjuntos de dados de supernovas disponíveis, coletados durante um período de aproximadamente 20 anos, com suas incertezas mostradas nas barras de erro. Esta foi a primeira linha de evidência que indicou de forma robusta a expansão acelerada do Universo. (MIGUEL QUARTIN, VALERIO MARRA E LUCA AMENDOLA, PHYS. REV. D (2013))
Para que isso fosse verdade, o Universo precisava de uma nova forma de energia: a energia escura. Enquanto a matéria se aglomera e se aglomera sob a influência da gravidade, a energia escura penetraria todo o espaço igualmente, desde os aglomerados de galáxias mais densos até o vazio cósmico mais profundo e vazio. Enquanto a matéria fica menos densa à medida que o Universo se expande, uma vez que o mesmo número de partículas ocupa um volume maior, a densidade da energia escura permanece constante ao longo do tempo.
Enquanto a matéria e a radiação se tornam menos densas à medida que o Universo se expande devido ao seu volume crescente, a energia escura é uma forma de energia inerente ao próprio espaço. À medida que um novo espaço é criado no Universo em expansão, a densidade de energia escura permanece constante. (E. SIEGEL / ALÉM DA GALÁXIA)
É a quantidade total de energia no Universo que governa qual é realmente a taxa de expansão. À medida que o tempo passa e a densidade da matéria cai enquanto a densidade da energia escura não, a energia escura se torna cada vez mais importante em relação a todo o resto. Uma galáxia distante, portanto, não apenas parecerá se afastar de nós, mas quanto mais distante uma galáxia estiver, mais rápido e mais rápido ela parecerá se afastar de nós, com essa velocidade aumentando com o passar do tempo.
Essa última parte, onde a velocidade aumenta com o passar do tempo, só ocorre se houver alguma forma de energia escura no Universo.
Velas padrão (L) e réguas padrão (R) são duas técnicas diferentes que os astrônomos usam para medir a expansão do espaço em vários tempos/distâncias no passado. Com base em como quantidades como luminosidade ou tamanho angular mudam com a distância, podemos inferir o histórico de expansão do Universo. (NASA/JPL-CALTECH)
No final da década de 1990, tanto o Supernova Cosmology Project quanto a High-z Supernova Search Team anunciaram seus resultados quase simultaneamente, com ambas as equipes chegando à mesma conclusão: essas supernovas distantes são consistentes com um universo dominado pela energia escura e inconsistentes com um Universo que não tem energia escura.
Agora, 20 anos depois, temos mais de 700 dessas supernovas , e eles permanecem entre as melhores evidências que temos para a existência e propriedades da energia escura. Quando uma anã branca – o cadáver de uma estrela parecida com o Sol – acumula matéria suficiente ou se funde com outra anã branca, ela pode desencadear uma supernova do Tipo Ia, que é brilhante o suficiente para que possamos observar essas raridades cósmicas a bilhões de anos-luz de distância. .
Duas maneiras diferentes de fazer uma supernova Tipo Ia: o cenário de acreção (L) e o cenário de fusão (R). Mas não importa como você analise, esses indicadores ainda mostram um Universo em aceleração. (NASA / CXC / M. WEISS)
Em meados da primeira década dos anos 2000, todas as explicações alternativas razoáveis para esse fenômeno observado haviam sido descartadas, e a energia escura era uma parte esmagadoramente aceita do nosso Universo pela comunidade científica. Três dos líderes dessas duas equipes – Saul Perlmutter, Brian Schmidt e Adam Riess – receberam o Prêmio Nobel de Física de 2011 por esse resultado.
E, no entanto, nem todos estão convencidos. Há duas semanas, Subir Sarkar de Oxford, junto com alguns colaboradores, colocar um papel afirmando que ainda hoje, com 740 supernovas Tipo Ia para trabalhar, a evidência da supernova só suporta a energia escura no nível de confiança de 3 sigma: muito menor do que o exigido pela física. Isto é dele segundo papel fazendo esta alegação, e os resultados foram bastante cobertura jornalística .
Esta é uma parte de uma pesquisa do Telescópio Espacial Hubble no céu profundo chamada GOODS North, que alude a outro possível efeito de seleção: que a maioria das supernovas no Universo são medidas em um local específico no céu. (NASA, ESA, G. ILLINGWORTH (UNIVERSIDADE DA CALIFÓRNIA, SANTA CRUZ), P. OESCH (UNIVERSIDADE DA CALIFÓRNIA, SANTA CRUZ; UNIVERSIDADE DE YALE), R. BOUWENS E I. LABBÉ (UNIVERSIDADE DE LEIDEN), E A EQUIPE DE CIÊNCIAS)
Infelizmente, Sarkar não está apenas errado, ele está errado de uma maneira muito específica. Sempre que você trabalha em um campo que não é seu (ele é um físico de partículas, não um astrofísico), você precisa entender como esse campo funciona de maneira diferente do seu e por quê. Se você negligenciar essas suposições, obterá a resposta errada e, portanto, terá que ter cuidado com a forma como faz sua análise.
Na física de partículas, sempre há suposições que você faz sobre taxas de eventos, antecedentes e o que você espera ver. Para fazer uma nova descoberta, você precisa subtrair o sinal antecipado de todas as outras fontes e depois comparar o que você vê com o que resta. É como descobrimos cada nova partícula por gerações, incluindo, mais recentemente, o Higgs.
A descoberta do bóson de Higgs no canal di-fóton (γγ) no CMS. Somente entendendo a produção de difótons em todos os outros canais do Modelo Padrão podemos detalhar com precisão a produção do Higgs. (Colaboração CERN/CMS)
Se você não fizer essas suposições, não poderá extrair o sinal legítimo do ruído; haverá muita coisa acontecendo, e seu significado será muito baixo. Em astronomia e astrofísica, também fazemos suposições para fazer nossas descobertas. Assim como assumimos a validade das partículas que medimos e suas interações bem medidas para descobrir novas, fazemos suposições sobre o Universo.
Assumimos que a Relatividade Geral está correta como nossa teoria da gravidade. Assumimos que o Universo está cheio de matéria e energia que tem aproximadamente a mesma densidade em todos os lugares. Assumimos que a Lei de Hubble é válida. E assumimos que essas supernovas são bons indicadores de distância de como o Universo se expande. Sarkar também faz essas suposições, e aqui está o gráfico ao qual ele chega (do artigo de 2016) para os dados da supernova.
A figura que representa a confiança na expansão acelerada e na medição de energia escura (eixo y) e matéria (eixo x) apenas de supernovas. (NIELSEN, GUFFANTI E SARKAR, (2016))
O eixo y indica a porcentagem do Universo que é feito de energia escura; o eixo x a porcentagem que é matéria, normal e escuro combinados. Os autores enfatizam que, embora o melhor ajuste para os dados suporte o modelo aceito - um universo que é aproximadamente 2/3 de energia escura e 1/3 de matéria - os contornos vermelhos, representando os níveis de confiança de 1σ, 2σ e 3σ, não são esmagadoramente convincente. Como diz Subir Sarkar,
Analisamos o catálogo mais recente de 740 supernovas do Tipo Ia – mais de 10 vezes maiores do que as amostras originais nas quais a descoberta foi baseada – e descobrimos que a evidência de expansão acelerada é, no máximo, o que os físicos chamam de “3 sigma”. Isso está muito aquém do padrão '5 sigma' necessário para reivindicar uma descoberta de importância fundamental.
Claro, você obtém '3 sigma' se fizer apenas essas suposições. Mas e as suposições que ele não fez, que ele realmente deveria ter feito?
Se você assumir que, além dos dados brutos da supernova, você vive em um universo que tem pelo menos alguma matéria, você descobre que também deve ter um componente de energia escura em seu universo. (NIELSEN, GUFFANTI E SARKAR, (2016) / E. SIEGEL)
Você sabe, como o fato de que o Universo contém matéria. Sim, o valor correspondente ao valor 0 para densidade de matéria (no eixo x) é descartado porque o Universo contém matéria. Na verdade, medimos quanta matéria o Universo tem, e é cerca de 30%. Mesmo em 1998, esse valor era conhecido com certa precisão: não poderia ser inferior a cerca de 14% ou superior a cerca de 50%. Então, imediatamente, podemos colocar restrições mais fortes.
Além disso, assim que os primeiros dados WMAP chegaram, do Fundo Cósmico de Microondas, reconhecemos que o Universo era quase perfeitamente plano espacialmente. Isso significa que os dois números — o do eixo y e o do eixo x — devem somar 1. Essa informação do WMAP chamou nossa atenção pela primeira vez em 2003, embora outros experimentos como COBE, BOOMERanG e MAXIMA tinha sugerido isso. Se adicionarmos essa planicidade extra, o espaço de manobra vai muito, muito para baixo.
Se você adicionar os dados, completamente independentes dos dados da supernova, que indicam que o Universo é plano, você descobre que a única maneira de ter um Universo sem aceleração é ter uma densidade de matéria excessivamente alta, algo completamente não relacionado aos dados da supernova. (NIELSEN, GUFFANTI E SARKAR, (2016) / E. SIEGEL)
Na verdade, este mapa grosseiramente desenhado à mão que fiz, sobrepondo a análise de Sarkar, corresponde quase exatamente à moderna análise conjunta das três principais fontes de dados, que incluem supernovas.
Restrições à energia escura de três fontes independentes: supernovas, CMB e BAO. Observe que, mesmo sem supernovas, precisaríamos de energia escura. Versões mais atualizadas deste gráfico estão disponíveis, mas os resultados permanecem praticamente inalterados. (PROJETO DE COSMOLOGIA SUPERNOVA, AMANULLAH, ET AL., AP.J. (2010))
O que esta análise realmente mostra é o quão incríveis são nossos dados: mesmo sem usar nenhum de nosso conhecimento sobre a matéria no Universo ou a planura do espaço, ainda podemos chegar a um resultado melhor que 3σ apoiando um Universo em aceleração.
Mas também ressalta outra coisa que é muito mais importante. Mesmo que todos os dados da supernova tenham sido descartados e ignorados, temos evidências mais do que suficientes no momento para estar extremamente confiantes de que o Universo está acelerando e é feito de cerca de 2/3 de energia escura.
(Observe que o novo artigo de 2018 apresenta um argumento ligeiramente diferente com base na direção e na distância do céu para argumentar que a evidência da supernova tem apenas uma significância de 3 sigma. Não é mais convincente do que o argumento de 2016 que foi desmascarado aqui.)
Os dados de supernova da amostra usada em Nielsen, Guffati e Sarkar não podem distinguir em 5 sigma entre um Universo vazio (verde) e o Universo acelerado padrão (roxo), mas outras fontes de informação também são importantes. Crédito da imagem: Ned Wright, com base nos dados mais recentes de Betoule et al. (2014) . (TUTORIAL DE COSMOLOGIA DE NED WRIGHT)
Não fazemos ciência no vácuo, ignorando completamente todas as outras evidências sobre as quais nossa base científica se baseia. Usamos as informações que temos e sabemos sobre o Universo para tirar as melhores e mais robustas conclusões que temos. Não é importante que seus dados atendam a um certo padrão arbitrário por conta própria, mas sim que seus dados possam demonstrar quais conclusões são inevitáveis, dado o nosso Universo como ele realmente é.
Nosso Universo contém matéria, é pelo menos próximo a espacialmente plano e possui supernovas que nos permitem determinar como está se expandindo. Quando juntamos essa imagem, um Universo dominado pela energia escura é inevitável. Apenas lembre-se de olhar para a imagem inteira, ou você pode perder o quão incrível ela realmente é.
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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