Modelos de energia escura



Cerca de 70% do Universo é composto de energia escura, cuja natureza é ainda um enigma para os físicos. Crédito:NASA.
A explicação mais simples para a natureza da energia escura é de que se trata da energia do vácuo quântico, caso em que seria uma entidade constante no tempo e descrita matemáticamente pela introdução da chamada constante cosmológica nas equações da Relatividade Geral. Contudo, esta hipótese conduz a problemas teóricos graves, nomeadamente os problemas da constante cosmológica e da coincidência cósmica, conforme discutimos a semana passada.

Alternativamente, a energia escura pode corresponder à existência de partículas (ou campos) ditas escalares com determinadas características, conduzindo aos chamados modelos de quinta-essência. A quinta-essência difere da constante cosmológica por ser dinâmica, isto é, variar no espaço e no tempo. Embora a existência de campos escalares seja prevista pelas teorias de unificação das interacções fundamentais (TUIF) da Natureza, como a teoria das cordas quânticas, eles ainda não foram observados experimentalmente. Nalguns destes modelos o problema da coincidência cósmica é contornado surgindo, no entanto, outro tipo de problema nomeadamente estes campos devem ter uma massa muito pequena para não aglomerarem e formarem estruturas, o que não é natural no contexto da teorica quântica dos campos.

Uma outra possibilidade que tem sido bastante discutida na literatura é a de que a energia escura seja descrita por um gás exótico, com uma equação de estado negativa, o gás de Chaplygin (ou a sua versão generalizada), originalmente proposto para explicar o comportamento da matéria em situações de aerodinâmica. Um bónus muito interessante deste modelo é que este gás descreve simultâneamente a matéria e a energia escuras, unificando assim estes conceitos de uma forma bastante elegante.

Existem também modelos que não recorrem à noção de energia escura. Neste caso, a expansão acelerada do Universo seria devida à existência de correcções à teoria da Relatividade Geral que apenas afectam as grandes escalas, superiores à dimensão digamos dos superclusters. Estas correcções são previstas por algumas TUIF, como as teorias em que o espaço-tempo tem dimensões extra, como é o caso das teorias de branas. Neste caso, as modificações da Relatividade Geral ocorrem devido ao facto de que os gravitões (partículas elementares hipotéticas que transmitem a força gravitacional) virtuais podem escapar para as dimensões extra, o que causaria uma redução da atracção gravítica (a grandes distâncias) superior à que seria de esperar com base na Relatividade Geral.

Existe portanto uma grande variedade de modelos para explicar a expansão acelerada do Universo, com diferentes méritos e problemas do ponto de vista teórico, sendo agora necessário testar as suas previsões através da observação para se estabelecer qual o mais correcto.