Estudo da UC Davis sugere que equações de Einstein explicam a expansão do Universo sem energia

A energia escura, apontada como a principal explicação para a expansão acelerada do Universo, pode não ser indispensável. Um estudo matemático recente sugere que essa aceleração poderia surgir das próprias equações da relatividade geral de Albert Einstein.

Pesquisadores da Universidade da Califórnia em Davis, nos Estados Unidos, identificaram uma possível instabilidade nas estruturas matemáticas usadas para descrever a evolução do cosmos desde o Big Bang. O trabalho foi publicado na revista científica Proceedings of the Royal Society A.

Como a energia escura entrou na cosmologia

A energia escura é o nome dado ao componente desconhecido que, no modelo cosmológico predominante, responde pela expansão acelerada. Na década de 1990, observações astronômicas mostraram que o cosmos não apenas se expandia, mas fazia isso cada vez mais depressa.

Uma das saídas encontradas pelos cientistas recorre à constante cosmológica, termo que Einstein introduziu em suas equações da relatividade geral. Atualmente, esse elemento integra o modelo Lambda-CDM, também conhecido como modelo cosmológico padrão, que narra a evolução do Universo desde os primeiros estágios.

Esse arcabouço parte do princípio de que, em escalas muito grandes, a matéria se distribui de forma aproximadamente uniforme. Foi sobre essa base que os pesquisadores de Davis passaram a questionar se as soluções matemáticas do modelo continuam estáveis diante de pequenas perturbações.

Instabilidade nas equações de Einstein-Euler

A equipe examinou as equações de Einstein-Euler, que unem a relatividade geral a modelos matemáticos usados para descrever o comportamento dos fluidos. O foco recaiu sobre os espaços-tempos de Friedmann, empregados para representar a expansão do Universo.

De acordo com os autores, essas soluções se mostram instáveis quando submetidas a certas perturbações matemáticas. Na prática, pequenas mudanças nas condições do modelo podem se amplificar com o tempo e gerar comportamentos diferentes dos previstos inicialmente.

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Blake Temple, professor emérito de matemática da Universidade da Califórnia em Davis e um dos autores do estudo, compara a situação a um lápis apoiado em pé sobre a ponta. Ele pode ficar equilibrado por um instante, mas qualquer perturbação basta para derrubá-lo.

Para os pesquisadores, algo parecido pode acontecer com as soluções que sustentam a cosmologia convencional.

Expansão acelerada poderia surgir sem energia escura

Para testar essa hipótese, os cientistas recorreram a soluções autossimilares, que mantêm certas características quando observadas em escalas diferentes. Eles as aplicaram ao Universo primitivo, sobretudo nos períodos em que predominavam a radiação e a matéria.

A análise tratou o modelo padrão como um estado de equilíbrio matemático e acompanhou o efeito de pequenas perturbações. Segundo os resultados, algumas dessas alterações tendem a crescer com o tempo, em vez de desaparecer.

Nessa leitura, a aceleração cósmica surgiria diretamente das equações da relatividade geral, sem depender necessariamente de uma constante cosmológica ou da presença de energia escura. O próprio estudo, porém, oferece uma explicação teórica e não uma demonstração observacional de que esse componente seja dispensável.

Modelo alternativo considera um centro de simetria

O estudo também toca no princípio copernicano, segundo o qual a Terra não ocupa posição privilegiada no Universo. A ideia sustenta boa parte da cosmologia moderna e parte da suposição de que o cosmos apresenta traços semelhantes quando observado de regiões diferentes, em escalas suficientemente grandes.

O modelo alternativo analisado pelos pesquisadores descreve uma estrutura com simetria esférica, em que a expansão pode variar conforme a distância até um centro. Segundo Temple, nas regiões centrais o Universo poderia se parecer com o previsto pelo modelo convencional, mas se comportar de outro modo nas áreas mais afastadas.

A proposta levanta dúvidas sobre a posição do observador e sobre como essas diferenças poderiam aparecer em observações astronômicas. O trabalho, porém, não prova que a energia escura não exista. Suas conclusões dependem de uma abordagem teórica específica e ainda precisam ser confrontadas com dados do Universo real.

O próximo passo é verificar se o modelo alternativo consegue reproduzir os fenômenos que a cosmologia convencional já explica.