Desde o início de 20o Ao longo deste século, os cientistas recolheram provas convincentes de que o Universo está a expandir-se e que essa expansão está a acelerar. A força que causa esta aceleração é chamada energia escurauma propriedade misteriosa do espaço-tempo que se pensa separar galáxias. Durante décadas, o modelo cosmológico popular, conhecido como matéria escura fria lambda (ΛCDM), assumiu que a energia escura permaneceu constante ao longo da história do universo. Esta suposição simples, mas poderosa, tem sido a base da cosmologia moderna. No entanto, deixa uma questão fundamental por resolver: e se a energia escura mudar ao longo do tempo, em vez de permanecer a mesma?
Observações recentes começam a desafiar esta visão de longa data. Dados do Dark Energy Spectroradiometer (DESI) – um projeto avançado que mapeia a distribuição de galáxias no universo – sugerem uma possibilidade energia escura dinâmica (DDE). Esta descoberta marcaria uma grande mudança em relação ao modelo ΛCDM padrão. Embora isto sugira uma história mais complexa e em evolução do universo, também expõe uma grande lacuna na compreensão: ainda não está claro como a energia escura dependente do tempo molda a formação e o crescimento da estrutura cósmica.
Simulando um universo em evolução
Para explorar este mistério, uma equipe liderada por Tomoaki Ishiyama, professor associado do Comitê de Aprimoramento da Transformação Digital da Universidade de Chiba, no Japão, conduziu uma das mais extensas simulações cosmológicas já realizadas. Os colaboradores incluem Francisco Prada, do Instituto de Astronomia da Andaluzia, Espanha, e Anatoly A. Klypin, da Universidade Estadual do Novo México, nos Estados Unidos. Sua pesquisa foi publicada em Revisão Física D (Volume 112, Edição 4) examina como a energia escura variável no tempo afeta a evolução do universo e ajuda a explicar futuras observações astronômicas.
Os pesquisadores usaram o principal supercomputador do Japão, Fugaku, para realizar três grandes simulações de N corpos de alta resolução, cada uma das quais foi oito vezes mais intensiva em termos computacionais do que o trabalho anterior. Uma simulação segue o modelo ΛCDM padrão do Planck-2018, enquanto as outras duas empregam energia escura dinâmica. Ao comparar um modelo DDE com parâmetros fixos com o Modelo Padrão, eles conseguiram isolar os efeitos das mudanças no componente da energia escura. A terceira simulação, usando parâmetros do primeiro ano de dados do DESI, revelou como o modelo cosmológico “atualizado” poderia se comportar se a energia escura mudasse ao longo do tempo.
Como uma pequena mudança pode remodelar o universo
Os resultados mostram que os efeitos das mudanças apenas na energia escura são relativamente sutis. No entanto, assim que os investigadores ajustaram os parâmetros cosmológicos com base nos dados do DESI – aumentando especificamente a densidade da matéria em cerca de 10% – as diferenças tornaram-se marcantes. Densidades de matéria mais altas aumentam a gravidade, acelerando a formação de grandes aglomerados de galáxias. Neste caso, o modelo DDE baseado em DESI prevê aglomerados no universo inicial que são 70% mais massivos que o modelo padrão. Esses aglomerados de estrelas formam a estrutura cósmica dentro da qual as galáxias e grupos de galáxias se reúnem.
A equipe também verificou Oscilação acústica bárion (BAO) – Padrões deixados por ondas sonoras no universo primitivo que servem como uma “régua cósmica” para medir distâncias. Na simulação DDE derivada do DESI, o pico do BAO muda para escalas menores em 3,71%, o que corresponde bem às observações reais do DESI. Este forte acordo confirma que o modelo não só reflecte previsões teóricas, mas também se ajusta bem aos dados do mundo real.
Mapeando aglomerados de galáxias e estrutura cósmica
Além disso, os pesquisadores analisaram como as galáxias se reúnem no universo. O modelo DDE baseado em DESI produziu um agrupamento significativamente 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. A estreita correspondência entre simulações e observações apoia ainda mais a validade do modelo dinâmico de energia escura.
No geral, as descobertas da equipa esclarecem como a energia escura e a densidade da matéria moldam a estrutura em grande escala do Universo. “As nossas simulações em grande escala mostram que as mudanças nos parâmetros cosmológicos, particularmente na densidade da matéria no Universo, têm um impacto maior na formação da estrutura do que apenas o componente DDE,” disse o Dr.
Preparando-se para a próxima geração de investigação cósmica
Com novas campanhas observacionais no horizonte, estas simulações desempenharão um papel crucial na interpretação dos próximos resultados. “Em um futuro próximo, espera-se que pesquisas de galáxias em grande escala pelo espectrógrafo Subaru Prime Focus e pelo DESI melhorem significativamente a medição dos parâmetros cosmológicos. Este estudo fornece uma base teórica para a interpretação de tais dados futuros”, concluiu o Dr.
