Doutor pelo IAG-USP (Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas), Felipe Andrade Oliveira é um dos responsáveis pela elaboração de um novo modelo que oferece uma explicação alternativa para um fato que intriga físicos e astrônomos: o Universo está expandindo, e, ainda mais misteriosamente, isso parece estar ocorrendo cada vez mais rápido.

A cosmologia, área da ciência que estuda o universo em sua maior escala, reúne pesquisadores de diferentes campos da física para tentar entender a origem do Universo, como ele chegou à forma em que se encontra hoje, e qual o seu futuro.

O Universo em expansão

Homenageado pela Nasa, que batizou um telescópio espacial com seu nome, Edwin Hubble foi um astrônomo americano que, na década de 1930, realizou observações que confirmaram a teoria de que o Universo estaria em expansão. Utilizando evidências baseadas na observação de objetos cosmológicos muito distantes, ele foi capaz de demonstrar convincentemente que, de fato, galáxias pareciam estar se afastando umas das outras em todas as direções, indicando que o espaço entre elas estaria ficando maior. Em uma comparação clássica, é como desenhar pontos em uma bexiga e enchê-la: todos se afastam de todos os outros, pois o meio em que existem está em expansão.

Apesar de ser uma analogia simples e falha ao se analisar os detalhes, tudo indica que o mesmo está ocorrendo com o Universo. Não só as galáxias estão se afastando por terem trajetórias divergentes, mas o espaço entre elas está aumentando, também, separando-as ainda mais.

Em 1998, através da observação e estudo de uma classe de supernovas, estrelas no fim de sua vida útil, dois grupos de pesquisa independentes, o Supernova Cosmology Project e o High-z Supernovae Search Team, obtiveram evidências para mais uma característica de nosso Universo, pela qual receberam o Nobel de física: além dele estar expandindo, a taxa de expansão está aumentando. A bexiga está enchendo cada vez mais rápido.

De acordo com o modelo de cosmologia do Big Bang, essa expansão é uma continuação do processo que deu origem ao Universo – ou seja, desde a primeira grande expansão que iniciou tudo, ela não parou mais. Ao mesmo tempo, observações mostram que essa expansão estava cada vez mais devagar até cerca de 5 bilhões de anos atrás, devido à atração gravitacional entre a matéria do Universo. Após esse período, porém, a expansão começou a acelerar. Por que?

Essa é uma pergunta que ainda não tem resposta definitiva. Pesquisar fenômenos naturais é mais fácil quando podemos isolar e estudá-los, mas como isolar uma característica essencial do Universo em que nós e tudo que conhecemos existe? Por isso, é necessário buscar respostas observando os detalhes de como exatamente o Universo tem se comportado, criar modelos, e tentar extrapolar daí a solução.

Em busca de uma solução

A explicação mais aceita para a aceleração da expansão do Universo é chamada de “Modelo ΛCDM”, sigla em inglês para “Lambda matéria escura fria”. A letra grega Lambda (Λ), no caso, representa uma peça do quebra-cabeça conhecida como “constante cosmológica”. Originalmente concebida por Albert Einstein em 1917 como parte de sua teoria da relatividade, Λ representa a densidade energética do vácuo. Para Einstein, essa constante seria a responsável por conter a força da gravidade e permitir um Universo estático, realidade aceita na época. Com a descoberta de Hubble, porém, o alemão descartou a ideia.

A constante cosmológica foi desconsiderada, portanto, até as pesquisas da década de 1990 que indicaram a aceleração da expansão do universo. De repente, Λ estava em pauta novamente, pois consiste da explicação mais simples para fenômenos como a radiação cósmica de fundo, a estrutura em larga escala das galáxias e a expansão acelerada do universo.

Apesar de sua simplicidade, a dependência desse modelo da constante cosmológica e da chamada energia escura, que explicaria seu valor, cria um grande ponto de interrogação: o que, exatamente, seria essa energia? Sua existência explicaria várias coisas, mas como explicar sua existência? Para alguns pesquisadores, é resolver um problema criando outro.

O modelo de Felipe Andrade Oliveira e seus colegas, com os quais produziu sua pesquisa, os doutores José Ademir Sales de Lima, José Fernando de Jesus, Ernandes Costa e Spyros Basilakos, independe da existência de uma constante cosmológica. “Nosso grupo propôs um modelo cosmológico em que a aceleração do universo seria consequência de um processo quântico de criação de partículas,” ele explica.

Diferente de outras áreas da física e outros campos da ciência, é difícil realizar experimentos quando se trata de cosmologia. “A validade dos nossos modelos foi testada comparando suas previsões teóricas com os dados observacionais”, conta Felipe. “Acreditamos que a compreensão do real causador da aceleração cósmica dependa da evolução não apenas da cosmologia como também das teorias de gravitação quântica”.

Os trabalhos envolvidos na pesquisa de Felipe e seus coautores possuem reconhecimento internacional, tendo sido publicados nas revistas científicas Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, Physical Review D e Classical and Quantum Gravity, reunindo hoje cerca de 60 citações.