A ciência avança apresentando ideias e depois tentando provar que estão erradas. Este processo torna-se particularmente desafiador quando se lida com as maiores escalas do universo. A energia escura e a matéria escura estão entre os conceitos mais difíceis de testar. As observações de vastas áreas do espaço mostram claramente que algo está a afectar a gravidade de uma forma que a teoria de Einstein não consegue explicar completamente. No entanto, dentro do nosso próprio sistema solar, tudo parece estar funcionando exatamente como esperado.
Um novo estudo realizado por Slava Turyshev, físico do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA, explora como os pesquisadores podem resolver essa incompatibilidade. O seu trabalho sugere que a chave pode estar em como conceber experiências para procurar sinais de energia escura e matéria escura muito mais perto de nós com extrema precisão e seletividade.
A ‘grande desconexão’ entre a física cósmica e local
No cerne do problema está o que os cientistas chamam de “a grande desconexão”. As leis da física parecem diferir dependendo da escala em que são observadas. Em regiões com muito pouca matéria (ou seja, sem gravidade), os efeitos relacionados com a energia escura ou com a gravidade modificada tornam-se mais pronunciados. Em contrapartida, em ambientes densos cheios de matéria e com forte gravidade, estes mesmos efeitos parecem desaparecer, pelo menos de acordo com os instrumentos atuais.
Dentro do sistema solar, tudo está de acordo com a física convencional. Os planetas seguem suas órbitas pretendidas. As medições do espaço e do tempo ao redor do Sol, incluindo dados de sinais de naves espaciais, corresponderam exatamente às previsões. Cada sonda que viaja pelo sistema solar se comporta como se apenas a gravidade padrão estivesse operando. Não havia sinais óbvios de nada incomum.
Fortes evidências do universo distante
Quando olhamos para além das nossas comunidades locais, as coisas mudam dramaticamente. Nas escalas galácticas e além, o universo parece estar em expansão. Embora os cientistas ainda estejam a debater a taxa exacta desta expansão, há fortes evidências de que algo está a afectar a gravidade ou o espaço-tempo de uma forma que as teorias actuais não captam totalmente.
Atualmente, a energia escura é a melhor explicação para este comportamento, embora a sua verdadeira natureza permaneça desconhecida.
O efeito de projeção e a “quinta força” oculta
Uma possível explicação envolve um fenômeno chamado “peneiração”. Nessa ideia, o que causa diferenças muda seu comportamento dependendo do entorno. À medida que a densidade aumenta, os seus efeitos tornam-se mais fracos ou mais difíceis de detectar.
Existem dois tipos principais de modelos de triagem. O primeiro é denominado modelo “Camaleão”. Neste caso, uma hipotética quinta força da natureza (além da gravidade, do eletromagnetismo e das duas forças nucleares) ajusta sua força de acordo com a quantidade de matéria próxima. Em regiões de baixa densidade torna-se forte e produz efeitos relacionados à energia escura. Em áreas densas é tão fraco que os instrumentos actuais não conseguem detectá-lo, mesmo que ainda esteja presente. Em torno de um objeto como o Sol, ele pode aparecer apenas em uma fina camada externa, mas ainda pode, em princípio, ser medido ali.
Tropas de triagem e supressão de Vainshtein
Outra explicação é o modelo de triagem de Vainshtein. Aqui, a força em si não muda. Em vez disso, a gravidade circundante suprime efetivamente o seu impacto, fazendo com que pareça fraco. Este modelo introduz o conceito de raio de Vainshtein, que marca a distância na qual uma força retorna à sua intensidade normal.
Para o Sol, estima-se que este raio se estenda por cerca de 400 anos-luz. Esta região inclui muitas estrelas, o que significa que a força permaneceria suprimida fora do sistema solar e mesmo em grande parte da Via Láctea.
Por que uma nova missão no sistema solar pode ser necessária
Ambos os modelos de triagem podem deixar traços sutis em observações em grande escala coletadas por missões como o espectrorradiômetro euclidiano e de energia escura (DESI). No entanto, estas investigações centram-se em galáxias distantes e não podem revelar diretamente o comportamento destas forças dentro do sistema solar.
Para testar estas ideias localmente, os cientistas precisariam de conceber uma missão dedicada especificamente para este fim. Além do mais, os investigadores precisam de uma teoria falsificável para prever o que tal missão deverá detectar.
A importância das previsões testáveis
O Dr. Turishev enfatizou que sem previsões claras e testáveis, é improvável que experimentos adicionais no sistema solar produzam novos resultados. Até agora, as observações confirmaram por unanimidade a relatividade geral. A continuação de experiências semelhantes sem nova orientação teórica pode não fornecer informações úteis.
No entanto, se os cientistas puderem utilizar dados de grandes pesquisas cosmológicas para formular hipóteses precisas que se aplicam ao sistema solar, será possível conceber experiências específicas para testá-las.
Olhando para o futuro: construindo melhores instrumentos
O desenvolvimento de instrumentos sensíveis o suficiente para detectar esses efeitos sutis pode levar tempo. Ao mesmo tempo, o progresso incremental também é importante, com tarefas centradas na melhoria gradual das capacidades de medição.
Se uma previsão clara e testável surgir a partir dos dados atuais, e se for possível realizar experiências para testá-la, então aproveitar esta oportunidade poderá levar a grandes avanços. Tais descobertas têm o potencial de remodelar a nossa compreensão da gravidade, da energia escura e do funcionamento fundamental do universo.
