Energia Escura

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Referência : Bertolami, O., Gomes, C., (2017) Energia Escura, Rev. Ciência Elem.", V5(4):065
Autores: Orfeu Bertolami e Cláudio Gomes
Editor: José Ferreira Gomes
DOI: [http://doi.org/10.24927/rce2017.065]
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Resumo

O conceito de energia escura é proposto para explicar a expansão acelerada do Universo desde um passado cosmológico recente (cerca de há 2 a 3 mil milhões de anos).


As observações da radiação cósmica de fundo, da recessão de supernovas em galáxias distantes e da densidade de enxames de galáxias indicam que a maior parte do conteúdo energético do Universo é dominada por duas componentes escuras: cerca de 27% de matéria escura, responsável por efeitos dinâmicos nas curvas de rotação galácticas e no movimento de galáxias nos enxames de galáxias, e cerca de 68% de energia escura, responsável pela atual expansão acelerada do Cosmos[1], [2], [3], [4]. Esta expansão é uma expansão do espaço-tempo. Podemos tentar imaginar esta situação como o caso de um balão vazio em que se desenham pintas. Ao insuflar-se esse mesmo balão verifica-se que as pintas se afastam uma das outras em virtude do “tecido” estar a expandir-se, ou seja, os grandes objetos astrofísicos e cosmológicos como galáxias e enxames de galáxias estão sempre a afastar-se uns dos outros porque o próprio “tecido” do espaço-tempo se está a expandir. Depois de compreendida esta analogia em duas dimensões, temos que pensar em termos de três dimensões espaciais.

A energia escura age como uma ténue distribuição uniforme de energia e com a propriedade exótica de ter uma pressão negativa. Pensemos numa mola: ao esticá-la, ela exerce uma força contrária que a faz retomar a posição de equilíbrio, esta é a chamada lei de Hooke. Se a energia escura fosse essa mola, teria o comportamento oposto: quanto mais a esticássemos, mais ela tenderia a expandir-se.

Embora se desconheça a sua verdadeira natureza, existem alguns modelos que procuram compreender a natureza da energia escura. Os candidatos mais simples incluem o termo cosmológico (constante cosmológica) introduzido por Einstein para modificar as equações de campo da Teoria da Relatividade Geral, ou um ubíquo campo escalar extremamente leve e com propriedades que sejam consistentes com um comportamento macroscópico repulsivo.

A expansão do Universo foi descoberta pelo astrónomo norte-americano Edwin Hubble em 1929. O facto desta expansão ser cada vez mais rápida a distâncias cada vez mais afastadas de nós, isto é, a sua aceleração, foi estabelecida por meio do estudo da luminosidade de supernovas em galáxias muito distantes, estrelas na fase final e explosiva da sua existência. Desvendada a partir de 1998, a surpreendente observação relativa à aceleração da expansão é devida a dois grupos de astrónomos, um dos quais baseado na Universidade de Berkeley, na Califórnia, liderado pelo cientista Saul Perlmutter[5], e um outro liderado por Adam Riess e Brian Schmidt[6], da Universidade de Harvard, em Boston, Massachusetts, e do Observatório do Monte Stromlo, na Austrália, respetivamente. Por esta descoberta, estes cientistas foram galardoados com Prémio Nobel de Física em 2011.

Uma questão que também tem suscitado o interesse dos físicos teóricos é o de uma hipotética ligação entre a energia escura e a matéria escura. Segundo algumas propostas, não é impossível que estas duas entidades sejam manifestações, a escalas distintas, de uma única partícula ou um campo mais fundamental, como é exemplo o caso de um fluido exótico que corresponde a uma generalização do gás de Chaplygin[7] com equação de estado


\(p= - \frac{A}{ρ^α}\)


onde p é a pressão cósmica, ρ é a densidade de energia, A e α são constantes e 0 < α ≤ 1. Também não é de excluir a possibilidade de matéria escura e energia escura trocarem energia entre si.

Dada a importância destas questões, a Cosmologia e a Gravitação são áreas que suscitam grande interesse e inclusivamente, os físicos discutem alternativas à matéria escura e energia escura, designadamente, através de teorias de gravidade para além da de Einstein[8], [9], [10], [11], [12], [13], [14], [15], [16].


FIGURA 1. Conteúdo energético do Universo segundo a missão Planck[17], [18].
FIGURA 2. Evolução do Universo: do Big Bang até à expansão acelerada do Universo hoje[19].

Referências

  1. ↑ Missão espacial COBE, consultado em 13 de novembro de 2017.
  2. ↑ Missão espacial WMAP, consultado em 13 de novembro de 2017.
  3. ↑ Missão espacial Planck, consultado em 13 de novembro de 2017.
  4. ↑ Planck collaboration: P.A.R. A de et al., Planck 2015 results: XIII. Cosmological parameters, A & A 594, A13, 2016.
  5. ↑ Perlmutter, et al., Measurements of Omega and Lambda from 42 High-Redshift Supernovae, Astrophys.J., 517, 565, 1999.
  6. ↑ Riess et al., Type Ia Supernova Discoveries at z > 1 From the Hubble Space Telescope: Evidence for Past Deceleration and Constraints on Dark Energy Evolution, Astrophys.J., 607, 665-687, 2004.
  7. ↑ Bento, M.C., et al., <a target="_blank" href="https://doi.org/10.1103/PhysRevD.66.043507">Generalized Chaplygin Gas, Accelerated Expansion and Dark Energy-Matter Unification</a>, Phys. Rev. D., 66, 043507, 2002.
  8. ↑ Milgrom, M., A modification of the Newtonian dynamics as a possible alternative to the hidden mass hypothesis, Astrophys. J., Part 1 , vol. 270, 365, 1983.
  9. ↑ Carroll, S.M., et al., Is Cosmic Speed-Up Due to New Gravitational Physics?, Phys. Rev. D., 70, 043528, 2004.
  10. ↑ Nojiri, S. e Odintsov, S.D., Introduction to Modified Gravity and Gravitational Alternative for Dark Energy, Int. J. Geom. Meth. Mod. Phys. 4, 115-146, 2007.
  11. ↑ Bertolami, O, et al., Extra force in f(R) modified theories of gravity, Phys. Rev. D., 75, 104016, 2007.
  12. ↑ Verlinde, E.P., On the Origin of Gravity and the Laws of Newton, JHEP 1104, 029, 2011.
  13. ↑ Verlinde, E.P., Emergent Gravity and the Dark Universe, SciPost Phys. 2, 016, 2017.
  14. ↑ Bertolami, O., O Livro das Escolhas Cósmicas, Ed. Gradiva, 2006.
  15. ↑ Bertolami, O., O Big Bang: a origem do Universo, in Do Big Bang ao Homem, U. Porto Edições, 2016.
  16. ↑ Bertolami, O. e PÁRAMOS, J., Seis Breves Apontamentos de Cosmologia Contemporânea, U. Porto Edições, 2017.
  17. ↑ Missão espacial Planck, consultado em 13 de novembro de 2017.
  18. ↑ Planck collaboration: P.A.R. A de et al., Planck 2015 results: XIII. Cosmological parameters, A & A 594, A13, 2016.
  19. ↑ https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-is-dark-energy/, consultado em 13 de novembro de 2017.



Recursos relacionados disponíveis na Casa das Ciências:

  1. O Universo.



Criada em 6 de Dezembro de 2017
Revista em 6 de Dezembro de 2017
Aceite pelo editor em 6 de Dezembro de 2017
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