Desde o início do século 20, os cientistas têm reunido evidências convincentes de que o Universo está se expandindo — e que essa expansão está acelerando. A força responsável por essa aceleração é chamada de energia escura, uma propriedade misteriosa do espaço-tempo que se acredita empurrar as galáxias para longe umas das outras. Durante décadas, o modelo cosmológico predominante, conhecido como Lambda Cold Dark Matter (ΛCDM), assumiu que a energia escura permanece constante ao longo da história cósmica. Essa suposição simples, mas poderosa, tem sido a base da cosmologia moderna. No entanto, uma questão-chave permanece sem resposta: e se a energia escura mudar com o tempo em vez de permanecer fixa?
Observações recentes começaram a desafiar essa visão mantida por tanto tempo. Dados do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) — um projeto avançado que mapeia a distribuição de galáxias pelo Universo — sugerem a possibilidade de um componente de energia escura dinâmica (DDE). Essa descoberta marcaria uma mudança significativa em relação ao modelo padrão ΛCDM. Enquanto isso aponta para uma narrativa cósmica mais intrincada e em evolução, também expõe uma grande lacuna na compreensão: como uma energia escura dependente do tempo poderia moldar a formação e o crescimento das estruturas cósmicas continua incerto.
Simulando um Universo em Evolução
Para explorar esse mistério, uma equipe liderada pelo Professor Associado Tomoaki Ishiyama do Conselho de Aumento da Transformação Digital da Universidade de Chiba, no Japão, realizou uma das simulações cosmológicas mais extensas já realizadas. Os colaboradores incluíram Francisco Prada do Instituto de Astrofísica da Andaluzia na Espanha e Anatoly A. Klypin da Universidade Estadual do Novo México nos Estados Unidos. O estudo, publicado na Physical Review D (Volume 112, Edição 4), investigou como uma energia escura variável no tempo poderia influenciar a evolução do cosmos e ajudar a interpretar futuras observações astronômicas.
Usando o supercomputador principal do Japão, Fugaku, os pesquisadores executaram três grandes simulações N-body de alta resolução, cada uma com um volume computacional oito vezes maior do que trabalhos anteriores. Uma simulação seguiu o modelo padrão ΛCDM da Planck-2018, enquanto as outras duas incorporaram energia escura dinâmica. Ao comparar o modelo DDE com parâmetros fixos ao modelo padrão, eles puderam isolar os efeitos de um componente de energia escura em mudança. Uma terceira simulação utilizou parâmetros extraídos dos dados do primeiro ano do DESI, revelando como um modelo cosmológico “atualizado” poderia se comportar se a energia escura realmente variar com o tempo.
Como uma Pequena Mudança Pode Reformar o Universo
Os resultados mostraram que a influência das variações da energia escura por si só era relativamente sutil. No entanto, uma vez que os pesquisadores ajustaram os parâmetros cosmológicos de acordo com os dados do DESI — especialmente aumentando a densidade da matéria em cerca de 10% — as diferenças se tornaram marcantes. Uma maior densidade de matéria fortalece a atração gravitacional, acelerando a formação de aglomerados massivos de galáxias. Nesse cenário, o modelo DDE baseado no DESI previu até 70% mais aglomerados massivos no início do Universo do que o modelo padrão. Esses aglomerados formam a estrutura cósmica sobre a qual as galáxias e grupos de galáxias se assembleiam.
A equipe também examinou oscilações acústicas barônicas (BAOs) — padrões deixados por ondas sonoras no início do Universo que servem como “régua cósmica” para medir distâncias. Na simulação DDE derivada do DESI, o pico BAO deslocou-se em 3,71% para escalas menores, correspondendo de perto às observações reais do DESI. Esse forte alinhamento confirmou que o modelo não apenas reflete previsões teóricas, mas também se alinha bem com dados do mundo real.
Mapeando Aglomerados de Galáxias e Estrutura Cósmica
Além disso, os pesquisadores analisaram como as galáxias se agrupam pelo cosmos. O modelo DDE baseado no DESI produziu uma aglomeração visivelmente mais forte do que a versão padrão ΛCDM, particularmente em escalas menores. A aglomeração aprimorada resulta diretamente da maior densidade de matéria, que amplifica a ligação gravitacional. Essa correspondência próxima entre simulação e observação apoia ainda mais a validade do modelo de energia escura dinâmica.
No geral, as descobertas da equipe esclarecem como tanto a energia escura quanto a densidade da matéria moldam a estrutura em grande escala do Universo. “Nossas grandes simulações demonstram que variações nos parâmetros cosmológicos, particularmente a densidade da matéria no Universo, têm uma influência maior na formação da estrutura do que o componente DDE sozinho”, diz o Dr. Ishiyama.
Preparando-se para a Próxima Geração de Pesquisas Cósmicas
Com novas campanhas de observação no horizonte, essas simulações desempenharão um papel crucial na interpretação dos resultados futuros. “Em um futuro próximo, grandes levantamentos de galáxias do Subaru Prime Focus Spectrograph e do DESI devem melhorar significativamente as medições dos parâmetros cosmológicos. Este estudo fornece uma base teórica para interpretar esses dados que estão por vir”, conclui o Dr. Ishiyama.
