Euclid e o Mistério da Energia Escura

Entrevista com Luca Amendola

Ajudar a determinar a verdadeira natureza da energia escura, a forma de energia mais abundante do Universo, causadora da expansão acelerada do espaço entre as galáxias, será um dos principais objetivos das observações do Euclid, o telescópio espacial que a Agência Espacial Europeia se prepara para lançar em órbita em 2022. O telescópio realizará um mapeamento do céu registrando medidas de precisão inédita da aglomeração de galáxias e das lentes gravitacionais produzidas pelos aglomerados. Um dos coordenadores do grupo de teoria da missão Euclid, o cosmólogo italiano de 55 anos Luca Amendola, professor da Universidade de Heildelberg, Alemanha, participou do XXXIX Encontro Nacional de Partículas e Campos da SBF, em setembro do ano passado. Na entrevista a seguir, concedida durante o evento, Amendola fala sobre suas expectativas para o Euclid e dá alguns conselhos aos estudantes de física teórica interessados na carreira de cosmólogo.

Você já trabalhava com cosmologia quando medidas precisas do brilho de supernovas revelaram a taxa de expansão acelerada do universo, em 1998. Como a descoberta alterou sua pesquisa?

Assim como muitos colegas, fui cético no começo. Para aqueles que não estavam em contato direto com as observações não era tão fácil acreditar que não haviam problemas com os dados. A expansão acelerada não era evidente nos gráficos das medidas, era necessário um estudo estatístico para verificar sua existência. Demorei mais de um ano para perceber a importância da descoberta.

Mais tarde vieram evidências de observações independentes da radiação cósmica de fundo, da estrutura dos aglomerados de galáxias…

Sim, todas essas observações vieram nos dois, três anos seguintes. Foi uma coincidência incrível que convenceu os cosmólogos. A questão mais interessante da área se tornou entender a física dessa aceleração.

O que espera descobrir sobre a energia escura com as observações do Euclid?

O Euclid será muito preciso em medir a taxa de expansão do Universo como um todo e, acoplado com as medidas de supernovas, aumentará a precisão por um fator enorme. Mas além disso, o Euclid observará as perturbações locais na expansão, nos permitindo observar quais são as forças agindo entre as galáxias. Observando como essas forças agem, poderemos começar a comparar os dados com as previsões das teorias de gravitação.

Você apresentou em sua palestra uma abordagem geral para estudar modificações da Teoria da Relatividade Geral, a teoria clássica da gravitação, as chamadas teorias de Horndeski.

 As teorias de Horndeski englobam muitos modelos de gravitação. É  interessante porque, sendo tão geral, nos permite formular qualquer hipótese sobre a gravitação, independentemente de um modelo específico. É o modelo de gravitação mais geral em que podemos pensar, expresso de maneira matematicamente precisa. Inclui a constante cosmológica e os modelos de gravitação modificada propostos nos anos 1960, muito antes da descoberta da energia escura. Acho muito legal investigar o que os experimentos e observações podem nos dizer sobre que teorias de Horndeski realmente existem na natureza. É um campo de pesquisa completamente aberto. Conhecemos bastante sobre a gravitação no Sistema Solar, mas ela poder ser completamente diferente em escala cosmológica. Talvez nossa galáxia esteja interagindo com a galáxia de Andrômeda com uma força que não é apenas a gravitação ordinária mas algo além disso. Não sabemos.

Em 2017, observações da colisão entre duas estrelas de nêutrons foram usadas para medir a velocidade das ondas gravitacionais. Você explicou em sua palestra que essa medida restringiu muitos termos das equações de Horndeski.

Talvez tenha sido uma das pessoas que mais se surpreendeu com essa descoberta. Há anos discutimos essas possíveis restrições mas não havíamos examinado todas as suas consequências ainda porque achávamos que essas medidas aconteceriam daqui dez, vinte anos, e aconteceu tão rápido. Por causa dessa medida, uma grande porção das teorias de gravitação modificadas não pode mais existir. Uma grande parte das teorias de Horndeski foi liquidada com uma única medida. Inacreditável.

Você também explicou que essa restrição às teorias de Horndeski permite combinar os observáveis cosmológicos em um único parâmetro, cujo valor informa se a gravitação clássica precisa ser modificada ou não. Mas o cálculo desse parâmetro usando os dados mais precisos disponíveis no momento apresenta ainda uma precisão ruim e seu valor atual não tem significância. O Euclid permitirá obter um valor muito mais preciso para esse parâmetro. 

Sim, não podemos ainda afirmar nada por enquanto. É por isso que o Euclid será tão interessante. Suas observações vão melhorar a precisão desses observáveis cosmológicos por um fator enorme, de 50 a 100. As barras de erro encolherão tanto que não será possível enxergá-las direito em um gráfico.

Qual conselho daria para o estudante interessado em seguir a carreira de cosmólogo?

Não existe mais a figura do teórico puro em cosmologia. Cosmologia agora é sobre dados. É assim em todos os ramos da Física, mas até alguns anos atrás, a cosmologia era muito teórica porque tínhamos poucos dados. Agora temos tantos dados que não faz sentido construir um modelo teórico sem ao mesmo tempo, na mesma publicação, analizar os dados. Mas analisar os dados é só o primeiro passo. Você deveria também tentar inventar novas maneiras de extrair sinais deles. Porque dados custam caro. Você precisa usar toda a sua inteligência para extrair o máximo de informação dos dados. Assim, o bom teórico hoje não tem que ser apenas bom em pensar em modelos e ideias, mas ser capaz de predizer o que deveria ser observado, comparar com os dados e inventar alguma nova maneira de extrair mais informações deles.

Você tem alguns trabalhos publicados em áreas fora da cosmologia, como a arqueologia.

Sempre me interessei por História e Arqueologia. É realmente um hobby para mim, mas também porque acho que a História é um bom professor para os físicos. Porque os historiadores sabem que, às vezes, só se entende realmente certa ideia ou teoria ao se descobrir como a motivação para a aquela ideia ou teoria surgiu em primeiro lugar. À vezes os físicos, especialmente os mais jovens, não percebem isso. Não é óbvio. Temos que nos questionar continuamente sobre qual a motivação para assumir esse ou aquele ponto de vista. Por que deveria haver uma grande teoria unificada? Por que o Universo deveria ser tão simples a ponto de ser descrito por apenas seis números? Questões filosóficas como essas são realmente importantes, porque frequentemente oferecem uma maneira de examinar sua área de pesquisa sob perspectivas diferentes.

Fonte: Sociedade Brasileira de Física

Cristiane Tavolaro

Sou física, professora e pesquisadora do departamento de física da PUC-SP. Trabalho com Ensino de Física, atuando principalmente em ensino de física moderna, ótica física, acústica e novas tecnologias para o ensino de física. Sou membro fundadora do GoPEF - Grupo de Pesquisa em Ensino de Física da PUC-SP e co-autora do livro paradidático Física Moderna Experimental, editado pela Manole.

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