A energia escura pode estar mudando e o Universo também

Observações recentes começaram a desafiar esta visão de longa data. Dados do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI) – um projeto avançado que mapeia a distribuição de galáxias em todo o Universo – sugerem a possibilidade de uma energia escura dinâmica (DDE). Tal descoberta marcaria uma mudança significativa em relação ao modelo padrão ΛCDM. Embora isto aponte para uma história cósmica mais complexa e em evolução, também expõe uma grande lacuna na compreensão: ainda não está claro como uma energia escura dependente do tempo pode moldar a formação e o crescimento de estruturas cósmicas.

Simulando um Universo em Evolução

Para explorar este mistério, uma equipe liderada pelo Professor Associado Tomoaki Ishiyama, do Conselho de Aprimoramento da Transformação Digital da Universidade de Chiba, no Japão, realizou uma das mais extensas simulações cosmológicas já realizadas. Os colaboradores incluíram Francisco Prada, do Instituto de Astrofísica de Andalucía, em Espanha, e Anatoly A. Klypin, da New Mexico State University, nos Estados Unidos. Seu estudo, publicado em Revisão Física D (Volume 112, Edição 4), investigou como uma energia escura variável no tempo poderia influenciar a evolução do cosmos e ajudar a interpretar futuras observações astronômicas.

Usando o principal supercomputador do Japão, Fugaku, os pesquisadores executaram três grandes simulações de N corpos de alta resolução, cada uma com um volume computacional oito vezes maior que o trabalho anterior. Uma simulação seguiu o modelo padrão Planck-2018 ΛCDM, enquanto outras duas incorporaram energia escura dinâmica. Ao comparar o modelo DDE com parâmetros fixos com o modelo padrão, eles foram capazes de isolar os efeitos de uma mudança no componente da energia escura. Uma terceira simulação utilizou parâmetros extraídos dos dados do primeiro ano do DESI, revelando como um modelo cosmológico “atualizado” poderia se comportar se a energia escura realmente variasse com o tempo.

Como uma pequena mudança pode remodelar o universo

Os resultados mostraram que a influência das variações da energia escura por si só foi relativamente sutil. No entanto, assim que os investigadores ajustaram os parâmetros cosmológicos de acordo com os dados do DESI – aumentando particularmente a densidade da matéria em cerca de 10% – as diferenças tornaram-se marcantes. Uma maior densidade de matéria fortalece a atração gravitacional, o que acelera a formação de aglomerados massivos de galáxias. Neste cenário, o modelo DDE baseado em DESI previu até 70% mais aglomerados massivos no Universo primordial do que o modelo padrão. Esses aglomerados formam a estrutura cósmica na qual as galáxias e grupos de galáxias se reúnem.

A equipe também examinou oscilações acústicas bariônicas (BAOs) – padrões deixados pelas ondas sonoras no Universo primordial que servem como “réguas cósmicas” para medir distâncias. Na simulação DDE derivada do DESI, o pico do BAO mudou 3,71% para escalas menores, correspondendo de perto às observações reais do DESI. Este forte acordo confirmou que o modelo não só reflete as previsões teóricas, mas também se alinha bem com os dados do mundo real.

Mapeando aglomerados de galáxias e estrutura cósmica

Além disso, os pesquisadores analisaram como as galáxias se aglomeram no cosmos. O modelo DDE baseado em DESI produziu um agrupamento visivelmente mais forte do que a versão padrão ΛCDM, especialmente em escalas menores. O agrupamento aprimorado resulta diretamente da maior densidade da matéria, o que amplifica a ligação gravitacional. Esta estreita correspondência entre simulação e observação apoia ainda mais a validade do modelo dinâmico de energia escura.

No geral, as descobertas da equipa esclarecem como tanto a energia escura como a densidade da matéria moldam a estrutura em grande escala do Universo. “As nossas grandes simulações demonstram que as variações nos parâmetros cosmológicos, particularmente a densidade da matéria no Universo, têm uma influência maior na formação da estrutura do que apenas o componente DDE,” diz o Dr.

Preparando-se para a próxima geração de pesquisas cósmicas

Com novas campanhas observacionais no horizonte, estas simulações desempenharão um papel crucial na interpretação dos próximos resultados. “Num futuro próximo, espera-se que levantamentos de galáxias em grande escala a partir do Subaru Prime Focus Spectrograph e do DESI melhorem significativamente as medições dos parâmetros cosmológicos. Este estudo fornece uma base teórica para a interpretação de tais dados futuros,” conclui o Dr.