Após quase 13,8 bilhões de anos de expansão ininterrupta, o Universo pode em breve parar e começar a se contrair lentamente, sugere uma nova pesquisa publicada na revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
A teoria chamada Big Bounce prevê que nosso universo brotou do colapso de um universo anterior quando entrou em colapso em uma singularidade e depois “retornou” para produzir o nosso. (Crédito da foto: Andrea Danti / Shutterstock)
No novo artigo, três cientistas tentam modelar a natureza da energia escura – uma força misteriosa que parece estar fazendo com que o Universo se expanda cada vez mais rápido – com base em observações anteriores da expansão cósmica.
No modelo da equipe, a energia escura não é uma força constante da natureza, mas uma entidade chamada quintessência, que pode decair com o tempo.
Os pesquisadores descobriram que, embora a expansão do Universo esteja acelerando há bilhões de anos, a força repelente da energia escura pode estar enfraquecendo.
De acordo com seu modelo, a aceleração do Universo poderia terminar rapidamente nos próximos 65 milhões de anos – então, dentro de 100 milhões de anos, o Universo poderia parar de se expandir completamente e, em vez disso, poderia entrar em uma era de contração lenta que termina bilhões de anos contando a partir de agora com a morte – ou talvez o renascimento – do tempo e do espaço.
E tudo isso pode acontecer “notavelmente” rapidamente, disse o co-autor do estudo Paul Steinhardt, diretor do Princeton Center for Theoretical Science da Princeton University, em Nova Jersey.
“Voltando no tempo 65 milhões de anos, foi quando o asteroide Chicxulub atingiu a Terra e eliminou os dinossauros”, disse Steinhardt à Live Science. “Em uma escala cósmica, 65 milhões de anos é notavelmente curto.” Nada sobre essa teoria é controverso ou implausível, disse Gary Hinshaw, professor de física e astronomia da Universidade da Colúmbia Britânica que não esteve envolvido no estudo, à Live Science.
No entanto, como o modelo depende apenas de observações passadas de expansão – e porque a natureza atual da energia escura no Universo é um mistério – as previsões neste artigo são atualmente impossíveis de testar. Por enquanto, eles só podem permanecer teorias.
Energia do vazio
Desde a década de 1990, os cientistas entenderam que a expansão do Universo está se acelerando; o espaço entre as galáxias está se ampliando mais rápido agora do que bilhões de anos atrás.
Os cientistas nomearam a misteriosa fonte dessa aceleração de energia escura – uma entidade invisível que parece funcionar contra a gravidade, afastando os objetos mais massivos do Universo em vez de aproximá-los.
Embora a energia escura represente aproximadamente 70% da massa-energia total do Universo, suas propriedades permanecem um mistério total.
Uma teoria popular, introduzida por Albert Einstein, é que a energia escura é uma constante cosmológica – uma forma imutável de energia produzida no tecido do espaço-tempo. Se for esse o caso, e a força exercida pela energia escura nunca puder mudar, então o Universo deve continuar se expandindo (e acelerando) para sempre.
No entanto, uma teoria concorrente sugere que a energia escura não precisa ser constante para se encaixar nas observações da expansão cósmica passada.
Em vez disso, a energia escura pode ser algo chamado quintessência – um campo dinâmico que muda ao longo do tempo. (Steinhardt foi um dos três cientistas que introduziram a ideia em um artigo de 1998 na revista Physical Review Letters.)
Ao contrário da constante cosmológica, a quintessência pode ser repulsiva ou atrativa, dependendo da proporção de sua energia cinética e potencial em um determinado momento. Nos últimos 14 bilhões de anos, a quintessência foi repulsiva.
Durante a maior parte desse período, porém, contribuiu insignificantemente em comparação com a radiação e a matéria para a expansão do Universo. Isso mudou cerca de cinco bilhões de anos atrás, quando a quintessência se tornou o componente dominante e seu efeito de repulsão gravitacional fez com que a expansão do universo acelerasse.
“A questão que estamos levantando neste artigo é: ‘Essa aceleração tem que durar para sempre?'” disse Steinhardt. “E se não, quais são as alternativas e em quanto tempo as coisas podem mudar?”
A morte da energia escura
Em seu estudo, Steinhardt e seus colegas, Anna Ijjas, da Universidade de Nova York, e Cosmin Andrei, de Princeton, previram como as propriedades da quintessência poderiam mudar nos próximos bilhões de anos.
Para fazer isso, a equipe criou um modelo físico de quintessência, mostrando seu poder repelente e atrativo ao longo do tempo, para se adequar às observações anteriores da expansão do Universo. Uma vez que o modelo da equipe conseguiu reproduzir de forma confiável a história de expansão do Universo, eles estenderam suas previsões para o futuro.
“Para sua surpresa, a energia escura em seu modelo pode decair com o tempo”, disse Hinshaw. “Sua força pode enfraquecer. E se isso acontecer de uma certa maneira, então eventualmente a propriedade antigravitacional da energia escura desaparece e ela transita de volta para algo que é mais parecido com a matéria comum.”
De acordo com o modelo da equipe, a força repelente da energia escura pode estar no meio de um rápido declínio que potencialmente começou há bilhões de anos.
Nesse cenário, a expansão acelerada do Universo já está desacelerando hoje. Em breve, talvez dentro de cerca de 65 milhões de anos, essa aceleração poderá parar completamente – então, em apenas 100 milhões de anos, a energia escura poderá se tornar atraente, fazendo com que todo o Universo comece a se contrair.
Em outras palavras, após quase 14 bilhões de anos de crescimento, o espaço pode começar a encolher.
“Este seria um tipo muito especial de contração que chamamos de contração lenta”, disse Steinhardt. “Em vez de se expandir, o espaço se contrai muito, muito lentamente.”
Inicialmente, a contração do Universo seria tão lenta que quaisquer humanos hipotéticos ainda vivos na Terra nem notariam uma mudança, disse Steinhardt. De acordo com o modelo da equipe, seriam necessários alguns bilhões de anos de contração lenta para o Universo atingir cerca de metade do tamanho que tem hoje.
O fim do Universo?
A partir daí, uma de duas coisas pode acontecer, disse Steinhardt. Ou o Universo se contrai até entrar em colapso em si mesmo em um “Big crunch”, dizimando o espaço-tempo como o conhecemos – ou o Universo se contrai apenas o suficiente para retornar a um estado semelhante às suas condições originais e outro Big Bang – ou um grande “salto” – ocorre, criando um novo Universo das cinzas do antigo.
Nesse segundo cenário (que Steinhardt e outro colega descreveram em um artigo de 2019 na revista Physics Letters B), o Universo segue um padrão cíclico de expansão e contração, flexões e saltos, que constantemente colapsam e o refazem.
Se isso for verdade, nosso universo atual pode não ser o primeiro ou o único universo, mas apenas o mais recente de uma série infinita de universos que se expandiram e se contraíram antes do nosso, disse Steinhardt. E tudo depende da natureza mutável da energia escura.
Quão plausível é tudo isso? Hinshaw disse que a interpretação da quintessência do novo artigo é uma “suposição perfeitamente razoável para o que é a energia escura”.
Como todas as nossas observações da expansão cósmica vêm de objetos que estão a milhões a bilhões de anos-luz da Terra, os dados atuais só podem informar os cientistas sobre o passado do Universo, não sobre seu presente ou futuro, acrescentou.
Então, o Universo poderia muito bem estar se aproximando de uma crise, e não teríamos como saber o que vai acontecer depois do início da fase de contração.
“Eu acho que realmente se resume a quão convincente você acha que essa teoria é e, mais importante, quão testável você acha que ela é?” acrescentou Hinshaw.
Infelizmente, não há uma boa maneira de testar se a quintessência é real ou se a expansão cósmica começou a desacelerar, admitiu Steinhardt. Por enquanto, é apenas uma questão de encaixar a teoria com observações passadas – e os autores fazem isso habilmente em seu novo artigo.
Se um futuro de crescimento sem fim ou decadência rápida aguarda nosso Universo, só o tempo dirá.