Zocerpos: O final violento do Universo sugerido pelos dados científicos

Ruth Lazkoz
The Conversation*

Há 5 horas

Imagem de falsa cor telescópio espacial Spitzer da Nasa mostra as 'montanhas' onde as estrelas nascem, chamadas de 'Montanhas da Criação'

Vamos colocar na coqueteleira um título impactante, uma antiga pergunta e algumas gotas de física. Se agitarmos bem, só nos resta saborear.

Mas será que vai deixar um gosto bom na boca saber o que o destino reserva para o Universo?

Reunimos aqui o testemunho de todas as pessoas que se perguntam isso desde a Antiguidade.

No entanto, temos uma vantagem: podemos finalmente fornecer respostas usando ciência de ponta, e as previsões sugerem que podemos estar caminhando para um final violento, um Big Rip (ou Grande Ruptura).

Os dados experimentais se encaixam muito bem com o Big Rip, indicando que é bastante provável que aconteça.

A base é que o Universo contém energia escura suficiente para "esticá-lo", expandindo-o de um modo cada vez mais rápido.

As galáxias vão se afastar cada vez mais, e a atração gravitacional vai pouco a pouco se tornar mais insignificante até que seu efeito desapareça.

Os planetas e os satélites vão perder suas órbitas, e as estrelas vão se dissociar das galáxias.

Haverá chegado então a Grande Ruptura do Universo.

A energia escura expande rapidamente o Universo

O Universo em grande escala está definitivamente ficando cada vez maior.

Especificamente, seu ritmo de expansão está acelerando.

As equações de Einstein indicam que a causa é que ele está composto principalmente de energia escura, que produz gravidade repulsiva.

Mas podemos refinar ainda mais?

Admitamos humildemente, antes de prosseguir, que nossos modelos disfarçam nossa ignorância fazendo-a passar por sabedoria.

Neles, imaginamos a energia escura como um fluido descrito de maneira bastante elementar. Usamos para isso variáveis herdadas da termodinâmica.

De um lado, teríamos a pressão desse fluido; e do outro, a sua densidade, ou seja, a quantidade de energia por unidade de volume.

Se tivéssemos apenas partículas com velocidades pequenas, essa energia seria essencialmente a de suas massas.

Assim, nos bastaria pensar na gravitação à maneira de Newton, sem depender de Einstein.

Mas isso não é possível porque em nosso Universo também existem partículas muito rápidas, como fótons e neutrinos.

Diante disso, propomos então que o Universo é uma sopa de diferentes fluidos com suas diferentes propriedades.

Assim, fazemos com que as equações de Einstein nos falem sobre as propriedades que os diferentes fluidos devem ter para que se produza a expansão acelerada.

E não só isso, nos indicam em que proporções devem estar esses ingredientes.

Além dos fótons (neutrinos e outras tranqueiras), teremos matéria escura no setor de componentes que produzem gravitação atrativa. E entram em conflito com a energia escura.

A taxa de expansão pode se tornar infinita

O tipo mais intrigante de energia escura é a constante cosmológica e representa uma barreira bastante singular.

A hipótese de trabalho mais usual para descrever qualquer um dos fluidos mencionados é que a pressão e a densidade de energia são proporcionais entre si.

Mas cuidado! Enquanto a densidade de energia é sempre positiva, a energia escura tem pressão negativa.

Na verdade, tem que ser suficientemente negativa.

O número que rege a proporção de pressão em relação à densidade de energia desempenha um papel crucial nas soluções das equações de Einstein.

Esse parâmetro nos diz em primeiro lugar se o Universo está se expandindo rapidamente ou não.

Em outras palavras, determina se a pressão é negativa o suficiente para produzir a repulsão necessária.

Mas uma pressão ainda mais negativa pode levar a um comportamento dramático: a taxa de expansão poderia se tornar infinita de repente.

Na verdade, o mesmo aconteceria com o tamanho do próprio Universo (e seu fator de escala).

E isso teria consequências catastróficas, destruindo todas as estruturas conhecidas.

Na verdade, tudo seria um disparate sob estas condições. E também a mudança da mudança se tornaria infinita subitamente.

Há evidências

A possibilidade desta situação ocorrer é bem conhecida do ponto de vista teórico. A surpresa é que os dados experimentais parecem favorecer essa situação. Em outras palavras, há evidências de que o Universo pode acabar em um Big Rip.

Bem, convém entrar nos pormenores para evitar os protestos de alguns colegas. Dependendo das fontes consultadas, este cenário não é necessariamente o que as estatísticas apoiam com mais força.

Mas, curiosamente, o consenso sugere que a atual margem de incerteza inclui o Big Rip entre os destinos finais muito prováveis.

A energia escura fantasma é a culpada

O tipo de energia escura que causa esse fim de festa violento é chamado de energia escura fantasma.

Para oferecer um pouco mais de detalhe, é necessário recorrer a um sistema de unidades escolhido para este fim.

Ao usá-lo, vemos que o Big Rip ocorrerá se a pressão exceder em valor absoluto a densidade de energia.

Se forem iguais, estamos diante de um caso limite, justamente a famosa constante cosmológica.

Este conhecido tipo de fluido foi introduzido por Einstein.

Paradoxalmente, seu objetivo era alcançar um Universo estático, sem expansão. O gênio o abandonou, classificando como o maior erro da sua vida quando Hubble evidenciou a expansão do Universo.

Faltam 130 bilhões de anos para o Big Rip

Mas voltando ao que importa.

Se o Universo vai se romper em mil pedaços, com que coisas devemos parar de nos preocupar? Será que quem tem uma hipoteca para pagar por mais 20 anos vai suspirar de alívio?

Receio não ser portadora de boas notícias.

A Grande Ruptura pode levar cerca de 130 bilhões de anos para acontecer.

Isso equivale a 10 vezes a idade atual do Universo.

Essa estimativa se baseia em selecionar um par de valores dentro das janelas estatisticamente válidas.

Em primeiro lugar, diríamos que a energia escura representa 70% do conteúdo do Universo.

E em segundo lugar, faríamos a relação entre a pressão e densidade de energia apenas 10% maior que para a constante cosmológica.

E com isso, pronto! Prevemos um Big Rip que levará muito tempo para chegar.

Para refinar mais todo esse panorama, precisamos ter observações do Universo em grande escala em maior quantidade e qualidade.

Os dados fornecidos pelos telescópios James Webb (em andamento) e Nancy Grace Roman (planejado), combinados com os de outros esforços internacionais, sem dúvida vão contribuir para isso.

E talvez o mais interessante não seja resolver o enigma do destino final do Universo.

Tampouco é a oportunidade de resolver outros sobre os quais não falamos.

Realmente emocionante seria a possibilidade de surgirem enigmas desconhecidos.

Porque, como disse o físico e Prêmio Nobel Kip Thorne, "a resposta certa raramente é tão importante quanto a pergunta certa".

* Ruth Lazkoz é professora de física teórica da Universidade do País Basco / Euskal Herriko Unibertsitatea, Espanha.

Este artigo foi publicado originalmente no site de notícias acadêmicas The Conversation e republicado aqui sob uma licença Creative Commons. Leia aqui a versão original (em espanhol).