Como explicar a velocidade crescente de expansão do universo

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perguntou Set 29, 2014 em Astrofísica por António Rodrigues (180 pontos)
  

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respondida Out 1, 2014 por João Calhau Super-Nova (13,660 pontos)
selecionada Out 2, 2014 por Administrador
 
Melhor resposta

A primeira "prova" de que a expansão do Universo estava a acelerar veio da observação de supernovas tipo Ia. Estas são explosões que acontecem quando uma anã branca fica com mais massa do que um certo valor (o limite de Chandrasekhar, cerca de 1.4 massas solares). Como o valor é sempre o mesmo, estas supernovas possuem luminosidades muito semelhantes pelo que podemos defini-las como padrão. A partir do espectro e do pico de luminosidade podemos determinar duas quantidades: a distância de luminosidade e o redshift. O redshift, representado pela letra z,  é o nome que se dá quando as linhas espectrais de um objecto se movem da sua posição de "repouso" e se desviam para o vermelho (um pouco como o efeito de doppler para o som). Um desvio para o vermelho significa que o objecto se está a afastar de nós, ou, no caso do Universo, que este se está a expandir.

O Redshift também é uma medida de tempo. Quanto maior o redshift de um objecto mais "para trás" no tempo o estamos a observar. A um redshift de z = 1000 estariamos a observar coisas apenas 370000 anos depois do Big-Bang!

Para redshifts pequenos (z<0.1), a relação entre a distância e o redshift é linear. Contudo, quanto maior o redshift, mais a relação entre o redshift e a distância se desvia da linearidade, o que significa que a a expansão do Universo não se processa à mesma velocidade agora a que se processava no passado (veja aqui, se o inglês não incomodar)

Outra evidência vem do uso de modelos teóricos. Usando estes modelos, definimos parâmetros para o Universo e derivamos a sua idade. Comparando com as observações reais, parece que tudo aponta para modelos cujos parâmetros suportam uma expansão mais rápida agora que no passado.

 

Posto isto, como explicar esta aceleração?

A mais conhecida de todas as tentativas de explicar o Universo Acelerado é sem dúvida a Energia Escura. Normalmente atribui-se a esta energia escura as características de uma constante cosmológica, uma energia de vácuo, que actua de forma contrária à da gravidade. É um efeito que tem vindo a ser observado em diversos ambientes da Cosmologia à Mecânica Quântica e está na base do nosso actual modelo padrão do Universo (Lambda-CDM - Lambda é o simbolo para a energia escura e CDM é um acrónimo para "Cold Dark Matter", ou Matéria Escura Fria).

A ideia geral é que 74% do Universo é energia escura, 22% é matéria escura e apenas 4% é matéria tal como a vemos todos os dias. Estas quantidades mudam com o avançar das nossas técnicas de observação (o satélite Planck deu-nos informação que parece apontar para as quantidades acima serem, afinal, 68%, 27% e 5%, respectivamente.

A inclusão da energia escura nos modelos do Universo permite explicar a expansão do Universo tal como ela é observada e prevista no modelo do Big-Bang. Também faz com que as nossas observações da infância do Universo encaixem bem com o que conhecemos do Universo actual, criando uma boa "continuidade".

Infelizmente, tal como a matéria escura, ainda não sabemos bem o que é a energia escura. Pensa-se que o valor da constante que a descreve seja muito próximo de zero. Uma mudança neste valor, mesmo que muito pequena, daria lugar a um Universo onde a vida seria impossivel (nem sequer seria possivel estrelas ou galáxias). Mas mesmo com o pouco que sabemos dela, a energia escura continua a melhor candidata a explicar a expansão acelerada.

Um outro exemplo é a chamada energia fantasma. Esta seria ainda mais potente que a energia escura e levaria a um "Big Rip", um cenário em que o Universo se expande tão rapidamente que se "parte aos bocadinhos". Neste cenário, o Universo poderia acabar daqui a umas dezenas de milhares de milhões de anos.

Outras explicações incluem anti-matéria e outros factores mais exóticos como o "Fluido Escuro" que tenta unir a Matéria escura e a Energia escura num só elemento. Mas o mais aceite é mesmo a Energia Escura.

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