ao decifrar o puzzle cósmico do que é a natureza da energia escura, vamos aprender melhor… o destino do universo. Se a energia escura muda na força ou sinal é a chave para saber se vamos acabar em um grande rasgo ou não.
Papel De Parede de reflexões Cênicas
olhando para o universo hoje, é fácil ser absolutamente deslumbrado por tudo o que podemos encontrar. As estrelas em nosso céu noturno são apenas uma pequena fração – alguns milhares em centenas de bilhões-do que está presente em nossa Via Láctea., A Via Láctea em si é apenas uma galáxia solitária de trilhões presentes no universo observável, que se estende em todas as direções por cerca de 46 bilhões de anos-luz.
E tudo começou há cerca de 13,8 bilhões de anos a partir de um estado quente, denso e em rápida expansão conhecido como o Big Bang. Este é o primeiro momento em que podemos descrever o nosso universo como estando cheio de matéria e radiação, e avançar desse estado, dadas as leis conhecidas da física, permite-nos explicar como o cosmos tomou a sua forma moderna. Mas ainda está a expandir-se, a formar novas estrelas e a evoluir. Como vai acabar?, Eis o que a ciência tem a dizer.
velas padrão (L) e réguas padrão (R) são duas técnicas diferentes que os astrônomos usam para medir… a expansão do espaço em várias vezes / distâncias no passado. Com base em como quantidades como luminosidade ou tamanho angular mudam com a distância, podemos inferir a história de expansão do universo. Usando o método da vela faz parte da escada de distância, produzindo 73 km/s/Mpc. O uso da Régua faz parte do método do sinal inicial, produzindo 67 km/s/Mpc.,durante muito tempo, cientistas que estudaram a estrutura e evolução do universo consideraram três possibilidades, baseadas na física simples da Relatividade Geral e no contexto do universo em expansão. Por um lado, a gravitação trabalha para unir tudo; é uma força atrativa governada pela matéria e pela energia, em todas as suas formas, presente no universo. Por outro lado, há a taxa de expansão inicial, trabalhando para separar tudo.,o Big Bang marca a arma de partida da maior corrida de todos os tempos: entre a gravidade e a taxa de expansão. Qual deles acabará por ganhar no nosso universo? A resposta a essa pergunta, o raciocínio clássico foi, deve determinar o destino do nosso universo.
um universo que obedece às leis da relatividade e é preenchido, isotropicamente e homogeneamente, com… a matéria e / ou a radiação não podem ser estáticas. Deve expandir-se ou contrair-se, dependendo do que está dentro e em que quantidades.E., Siegel / Beyond the Galaxy
Aqui está o que pensávamos que as possibilidades eram:
- The Universe recollapses in a Big Crunch. A expansão começa rapidamente, e a grande quantidade de matéria e radiação trabalham para recuperar tudo. Se houver mais do que matéria-e-energia suficiente, o Universo irá expandir-se para algum tamanho máximo, a expansão irá reverter para a contracção, e o Universo irá recordar-se.o universo se expande para sempre, resultando em um grande congelamento., Tudo começa do mesmo modo que acima, só que desta vez a quantidade de matéria e energia é insuficiente para contrariar a expansão. O universo continua a expandir-se para sempre, à medida que a taxa de expansão continua a descer, mas nunca chega a zero.
- A expansão do universo assintota a zero. Imagine a situação limite entre os dois exemplos acima. Se houvesse mais um protão, lembrar-nos-íamos, um a menos, e expandir-nos-íamos para sempre. Neste caso crítico (ou Goldilocks), o universo se expande para sempre, mas à menor velocidade possível.,
para saber qual deles estava correto, tudo o que tínhamos de fazer era medir a rapidez com que o universo estava se expandindo, e como essa taxa de expansão mudou ao longo do tempo. A física determinaria o resto.
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 o novo espaço é criado no universo em expansão, a densidade de energia escura permanece constante.foi uma das grandes missões da astrofísica moderna., Medir a velocidade a que o universo estava se expandindo, e você sabe como o tecido do espaço está mudando hoje. Medir como a taxa de expansão mudou ao longo do tempo, e você sabe como o tecido do espaço mudou no passado.
coloque essas duas informações juntas, e a maneira como a taxa de expansão é e também mudou permite que você determine de que o universo é feito, e em que proporções.
para o melhor de nosso conhecimento, informados por estas medições, determinamos que o universo é feito de cerca de 0,01% de radiação, 0,1% de neutrinos, 4.,9% de matéria normal, 27% de matéria escura e 68% de energia escura. Esta busca, que começou na década de 1920 para alguns, teve uma resposta inesperada no final da década de 1990.
o universo em expansão, cheio de galáxias e estrutura complexa que vemos hoje, surgiu de uma menor,… mais quente, mais denso, mais uniforme no passado. Deve haver alguma nova forma de energia impulsionando a fase atual de expansão acelerada, além da matéria conhecida e radiação.
C. Faucher-Giguère, A. Lidz, and L., Hernquist, Science 319, 5859 (47)
portanto, se a energia escura domina a expansão do Universo, o que significa isso para o nosso destino? Tudo depende de como — ou se-a energia escura evolui com o tempo. Aqui estão as cinco possibilidades.1. A energia escura é uma constante cosmológica que domina a expansão. Esta é a opção padrão dado os melhores dados que temos hoje. Enquanto a matéria se torna menos densa à medida que o universo se expande, diluindo à medida que o volume se expande, a energia escura representa uma quantidade não-zero de energia inerente à própria estrutura do espaço., À medida que o universo se expande, a densidade de energia escura permanece constante, fazendo com que a taxa de expansão não seja zero, mas um valor positivo.isto leva a um universo em expansão exponencial, e acabará por afastar tudo o que não faz parte do nosso grupo local. Já 97% do universo visível é inalcançável nestas condições.
o cenário do Grande PIR ocorrerá se descobrirmos que a energia escura aumenta de força, permanecendo… negativo na direcção, com o tempo.
Jeremy Teaford/Vanderbilt University
2., A energia escura é dinâmica, e cresce mais poderosa ao longo do tempo. A energia escura parece ser uma nova forma de energia que é inerente ao próprio espaço, implicando que tem uma densidade de energia constante. Mas também pode estar a mudar com o tempo. Uma maneira possível de estar mudando é que poderia estar se fortalecendo em magnitude, o que faria com que a taxa de expansão do universo se acelerasse ao longo do tempo.não só os objectos mais distantes parecem acelerar-se para longe de nós, como o fazem a um ritmo crescente., Pior ainda, os objetos que estão agora ligados gravitacionalmente hoje-como aglomerados de galáxias, galáxias individuais, sistema solar, e até mesmo átomos — todos um dia se tornariam livres à medida que a energia escura se fortalecia. Nos momentos finais do Universo, as partículas subatómicas e o tecido do próprio espaço seriam dilacerados. Este destino “Grande Rip” é uma segunda possibilidade.
embora as densidades de energia da matéria, radiação e energia escura sejam muito bem conhecidas, ainda existe… há muito espaço na equação do estado da energia negra., Pode ser uma constante, mas pode aumentar ou diminuir a força ao longo do tempo também.histórias quânticas
3. A energia escura é dinâmica, e decai ao longo do tempo. De que outra forma poderia a energia negra mudar? Em vez de fortalecer, pode enfraquecer. Claro, a taxa de expansão é consistente com uma quantidade constante de energia pertencente ao próprio espaço, mas esta densidade de energia também pode estar caindo.
Se decair para zero, pode levar a uma das possibilidades originais expressas acima: o grande congelamento., O universo ainda se expandiria, mas sem matéria suficiente e outras formas de energia para recordar.
Se decai para se tornar negativo, no entanto, pode levar a uma outra das possibilidades: um Big Crunch. O universo poderia ser preenchido com energia intrínseca ao espaço que repentinamente trocava sinais e fazia com que o espaço se recolhesse. Embora o período de tempo para estas mudanças seja limitado a ser muito mais longo do que o tempo desde o Big Bang, ele ainda pode ocorrer.
as diferentes formas como a energia escura pode evoluir para o futuro. Mantendo-se constante ou aumentando…, a força (em um Rip grande) poderia rejuvenescer o Universo, enquanto o sinal reverso poderia levar a uma grande crise.
NASA/CXC/M. Weiss
4. A energia das trevas poderia passar para outra forma de energia, rejuvenescendo o universo. Se a energia escura não decair, mas em vez disso permanece constante ou mesmo fortalece, há outra possibilidade que surge. Esta energia, inerente ao tecido do espaço hoje, pode não permanecer nessa forma para sempre., Em vez disso, poderia ser convertido em matéria-e-radiação, semelhante ao que ocorreu quando a inflação cósmica terminou e o Big Bang quente começou.se a energia escura permanecer constante até esse ponto, ela irá criar uma versão muito, muito fria e difusa do Big Bang quente, onde apenas neutrinos e fótons podem se auto-criar. Mas se a energia escura aumentar em força, pode levar a um estado inflacionista seguido por um novo e verdadeiramente quente Big Bang mais uma vez., Esta é a maneira mais direta de rejuvenescer o Universo, e criar um conjunto cíclico de Parâmetros, onde o universo recém-criado tem outra chance de se comportar como o nosso.
o modelo mais simples de inflação é que começamos no topo de uma colina proverbial, onde… a inflação persistiu, e rolou para um vale, onde a inflação chegou ao fim e resultou no Big Bang quente., Se esse vale não estiver a um valor zero, mas sim a um valor positivo, não zero, pode ser possível fazer um túnel quântico para um estado de baixa energia, o que teria consequências graves para o Universo que conhecemos hoje.
E. Siegel / Beyond the Galaxy
5. A energia escura está relacionada com a energia do ponto zero do vácuo quântico, e irá decair, destruindo o Universo que conhecemos. Esta é a possibilidade mais destrutiva de todas., E se a energia escura não for o verdadeiro valor do espaço vazio na configuração de menor energia, mas é o resultado de simetrias no início do universo terem se rompido em uma configuração falsa-mínima?se assim fosse, haveria uma maneira de fazer um túnel quântico para um estado de baixa energia, alterando as leis da física e destruindo todos os estados ligados (ou seja, partículas) dos campos quânticos de hoje. Se o vácuo quântico é instável desta forma em particular, onde quer que esse decaimento ocorra resultará na destruição de tudo no universo numa bolha que se expande para fora à velocidade da luz., Se tal sinal alguma vez nos atingisse, seria acompanhado pela nossa destruição instantânea, também.
a área de visualização do Hubble (canto superior esquerdo) em comparação com a área que o WFIRST poderá ver, em… a mesma profundidade, na mesma quantidade de tempo. A visão de campo amplo da WFIRST nos permitirá capturar um maior número de supernovas distantes do que nunca, permitindo-nos determinar e restringir melhor a natureza da energia escura.,
NASA / Goddard/WFIRST
embora não saibamos qual destas possibilidades é verdadeira para o nosso universo, os dados são incrivelmente consistentes com a primeira opção: de a energia escura ser verdadeiramente uma constante. Neste momento, as nossas observações sobre como o universo evoluiu — particularmente devido à radiação cósmica de fundo de microondas e à estrutura em larga escala do universo-colocam restrições apertadas sobre a margem de manobra que existe para a energia escura mudar.,com o advento da missão Astrofísica emblemática da NASA na década de 2020, estamos prontos para apertar essa margem de manobra por talvez mais um fator de 10 ou mais. Se a energia das trevas oferecer quaisquer indicações de que o nosso destino será diferente daquele que antecipamos hoje, esse Observatório será aquele com a melhor oportunidade de revelar cientificamente esta nova verdade sobre o nosso universo. Até lá, tudo o que temos são as possibilidades que conhecemos para considerar. O resto depende da ciência.