Estudo de brasileiros explica taxa de expansão do universo

Compreender a expansão acelerada do universo, impulsionada pela misteriosa energia escura, é um dos grandes desafios da astronomia moderna. Um estudo publicado por pesquisadores da Universidade Estadual Paulista (UNESP) pode ajudar nessa busca, propondo usar conceitos da termodinâmica para descrever o fenômeno.

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A ideia da expansão do universo foi proposta pela primeira vez em 1927 por Georges Lemaître, astrônomo e padre que apresentou ao mundo o conceito do Big Bang. Dois anos mais tarde, Edwin Hubble confirmou a ideia ao observar que as galáxias mais distantes estavam se afastando de nós.

Desde então, os astrônomos usaram uma constante para descrever a taxa da expansão, inicialmente medida pelo próprio Hubble com grande grau de incerteza. Hoje, há medições muito mais precisas, porém ainda divergentes entre si.

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Em 1998, os astrônomos descobriram que a expansão estava acelerando, levando à conclusão que a constante de Hubble não era exatamente uma constante, mas uma taxa que muda conforme o tempo. Isso levou ao conceito de energia escura, a força invisível que acelera a expansão.

Contudo, ninguém sabe ainda o que exatamente é a energia escura, então há um grande debate e diferentes hipóteses apresentadas para tentar explicar esse mistério. O novo estudo propõe que a mudança da taxa de expansão ao longo do tempo se assemelha a uma transição de fase termodinâmica.

As medidas atuais indicam que a expansão é adiabática e anisotrópica, ou seja, sem troca de calor e desigual em diferentes regiões do universo. “Conceitos fundamentais da termodinâmica permitem inferir que toda expansão adiabática é acompanhada de um resfriamento”, disse o professor Mariano de Souza da Unesp, líder do estudo.

Mesmo que um sistema em expansão não experimente troca de calor com o ambiente, ocorre um resfriamento devido à perda de energia interna utilizada no trabalho de expansão. O oposto também é verdade: se o sistema se contrai adiabaticamente, o trabalho resulta em aumento de energia e, por consequência, de temperatura.

Essa relação entre expansão adiabática e resfriamento é conhecida como efeito barocalórico, e pode ser quantificada por algo conhecido como razão de Grüneisen. O que os pesquisadores da UNESP fizeram foi aplicar o parâmetro de Grüneisen efetivo para descrever aspectos da expansão do universo.

Segundo Souza, isso “proporciona uma nova maneira de se investigar efeitos anisotrópicos associados à expansão do universo”. Sua equipe conjectura que “a mudança de um regime de expansão desacelerada [na era dominada pela radiação e pela matéria] para um regime de expansão acelerada [na era dominada pela energia escura] se assemelha a uma transição de fase termodinâmica”.

O artigo demonstra que o parâmetro de Grüneisen efetivo “muda de sinal quando a expansão do universo muda de desacelerada para acelerada. Tal mudança de sinal assemelha-se à assinatura típica de transições de fase na física da matéria condensada”, completou Souza.

Se isso for verdadeiro, significa que a constante cosmológica (representada por LAMBDA, ou Λ) usada no modelo Λ-CMD (Lambda-Cold Dark Matter) tem um valor variável, ao contrário do modelo atual que confere a Λ um valor fixo. Essa mudança traria uma dependência temporal para essa constante, trazendo novas percepções sobre o universo.

O estudo foi publicado no Results in Physics.

Leia a matéria no Canaltech.

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