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Uma misteriosa força acelera a expansão do cosmo. O estranho efeito trabalha contra a gravitação, empurrando toda a matéria de dentro para fora
Por José Tadeu Arantes / Este endereço de email está sendo protegido de spambots. Você precisa do JavaScript ativado para vê-lo. / Ilustrações de Ronaldo Lopes Teixeira

Esta pode ser a maior descoberta do final do século 20. E o principal desafio científico do início do novo milênio. Para surpresa dos cientistas, duas equipes rivais de astrônomos mostraram que a expansão do universo, causada pelo Big Bang (a grande explosão que deu origem ao cosmo), não está sendo desacelerada, devido à atração gravitacional da matéria. Ao contrário, ela vem sendo acelerada cada vez mais. Ou seja: uma estranha força continua empurrando o universo "para fora", fazendo as galáxias se afastarem umas das outras com velocidade cada vez maior.

Há apenas um ano, imaginava-se que a expansão do cosmo poderia ser até mesmo completamente brecada. E, a partir daí, a atração gravitacional puxaria tudo de volta, até provocar uma nova superexplosão - o Big Crunch. Esse cenário catastrófico está sendo agora completamente descartado. Impulsionado pela misteriosa força que trabalha contra a gravitação, o universo parece destinado a se expandir para sempre. Até o final dos tempos. A nova descoberta deverá provocar uma revolução na física. E leva também a uma revisão nos cálculos da idade do universo. Ele talvez seja bem mais velho do que se imaginava.

A descoberta da aceleração da expansão do universo foi anunciada simultaneamente por duas equipes multinacionais de astrônomos: o High Z Supernova Search Team, liderado pelo australiano Brian Schmidt, e o Supernova Cosmology Project, do americano Saul Perlmutter (leia quadro abaixo), ambos fortes candidatos ao Prêmio Nobel de Física deste ano. A notícia é tão extraordinária que astrônomos do mundo inteiro estão tentando desmenti-la. Se for confirmada, porém, ela deverá modificar toda a nossa visão da realidade. Pois revelará a existência de uma força - antes desconhecida e cuja natureza física é um completo mistério - que atua no sentido contrário ao da gravitação, afastando os corpos materiais uns dos outros. A única explicação encontrada até agora para essa força repulsiva é que ela seria produzida pelo vazio.

Parece um absurdo. Mas, na física quântica, o vácuo é um formidável reservatório de energia, que cria e aniquila partículas sem parar. Nada menos que 70% da energia do universo estaria associada a esse vazio, enquanto a matéria propriamente dita contribuiria com apenas 30%. "Não temos ainda uma física suficientemente sofisticada para lidar com o vácuo. Isso significa que 70% do conteúdo do universo jamais foi explorado pela ciência", ressalta o astrônomo Amâncio Friaça, do Instituto Astronômico e Geofísico (IAG), da USP.

Mas o espanto suscitado pela nova descoberta não termina aí. O conteúdo de energia do vazio pode ser até 10120 vezes maior do que o necessário para provocar a aceleração do universo. Essa cifra fantástica corresponde ao algarismo 1 seguido de 120 zeros: um número simplesmente inimaginável. "Investigar a natureza desse vácuo será o grande desafio científico das próximas décadas", entusiasma-se Friaça. "Estamos vivendo um momento privilegiado e emocionante da história da ciência."

A existência ou não da força repulsiva tem conseqüências diretas no cálculo da idade do universo. Se ela existe - isto é, se a expansão do cosmo está sendo realmente acelerada, como afirmam os dois times de astrônomos -, então o universo deve ser mais velho do que se supunha. Pois, tendo no passado uma velocidade de expansão menor do que hoje, precisou provavelmente de mais tempo para atingir o tamanho atual (veja ilustração). Uma expansão desacelerada, como se imaginava até o ano passado, confere ao universo uma idade de 9,3 bilhões de anos. Com a expansão acelerada é possível esticar o tempo de vida do cosmo até 13,4 ou mesmo 15 bilhões de anos. Esse ganho de 4,1 a 5,7 bilhões de anos é imprescindível para compatibilizar a idade do universo com a de nossa galáxia, estimada em cerca de 12 bilhões de anos.

Como foi feita a descoberta

Os pesquisadores descobriram que a expansão do universo estava sendo acelerada graças à observação de uma classe específica de estrelas, as supernovas de tipo 1a. As radiações luminosas emitidas por esses astros são tão rigorosamente iguais que os astrônomos as utilizam como padrões universais. A idéia das equipes do Supernova Cosmology Project e do High Z Supernova Search foi comparar então o brilho de supernovas próximas com o de outras, muito distantes. Depois de anos de observações sistemáticas, os dois times chegaram, independentemente, ao mesmo resultado: a luminosidade aparente das estrelas distantes era menor do que a esperado.

Confrontando esses dados com as previsões dos modelos teóricos, os grupos concluíram que isso se devia a uma aceleração da velocidade de afastamento das galáxias onde tais estrelas estavam localizadas. Uma descoberta como essa não seria possível há apenas uma década atrás. O Supernova Cosmology Project e o High Z Supernova Search tiveram à sua disposição o mais sofisticado conjunto de equipamentos já utilizado em astronomia: o telescópio espacial Hubble, os fantásticos telescópios Keck, de 10 metros de abertura, situados no Havaí e vários telescópios de 4 metros espalhados ao redor do mundo.

Valendo-se dos telescópios de 4 metros, os astrônomos fotografaram diversas regiões do céu e voltaram a fotografá-las três semanas mais tarde. Cada imagem obtida continha o registro de centenas de milhões de galáxias. O próximo passo era rastrear as diferenças existentes entre as duas imagens de cada região - algo mais difícil do que achar uma agulha no palheiro. Mas não impossível quando se conta com o auxílio de computadores de última geração. Essas diferenças - ra ciocinaram os astronômos - só podiam ser o resultado da explosão de supernovas, ocorridas durante o intervalo de tempo entre uma foto e outra. No conjunto de supernovas encontradas, foram triadas as de tipo 1a. Chegou-se a cerca de uma centena de astros, alguns antiquíssimos, com até 10 bilhões de anos de idade. Localizados os objetos desejados, as equipes utilizaram então o Hubble e os Keck para determinar, com a máxima exatidão possível, sua distância e luminosidade aparente. E, comparando os dois conjuntos de números, chegaram à aceleração da expansão do cosmo.

A idade do cosmo

Em maio último, trabalhando com dados recolhidos pelo telescópio espacial Hubble, uma equipe de astrônomos liderada pelo americano Wendy Freedman anunciou ter chegado a um novo valor para a idade do universo: 12 bilhões de anos. Essa estimativa baseou-se num cálculo acurado da chamada constante de Hubble, que relaciona a velocidade com que as galáxias se afastam umas das outras e sua distância relativa.

Antes, o cálculo da constante era tão impreciso que os astrônomos costumavam divergir por um fator de dois - isto é, atribuíam ao universo uma idade que variava de 10 a 20 bilhões de anos. Essa imprecisão foi reduzida agora para apenas 10%. Freedman conseguiu isso estudando cerca de 800 estrelas do tipo cefeidas - astros de brilho variável que os astrônomos utilizam para medir distâncias. Usando as cefeidas como marcadores, ele determinou a distância à Terra de 18 galáxias, situadas num raio de 65 milhões de anos-luz. Combinando esses dados com as velocidades das mesmas galáxias, estimadas a partir das características da luz que recebemos delas, os astrônomos chegaram ao novo valor da constante de Hubble e, daí, aos 12 bilhões de anos. Esta é a melhor determinação já feita da idade do universo. Mas ainda não é definitiva. Até porque, ela se baseia apenas no valor atual da taxa de expansão do cosmo. Se essa taxa estiver sendo acelerada, a idade deverá superar a marca dos 13,4 bilhões de anos.

A incrível inflação

A expansão leva ao resfriamento. E foi ele que possibilitou a estruturação da matéria, impondo ao universo transformações dramáticas. Instantes após o Big Bang, a queda brusca da temperatura provocou um desequilíbrio que acelerou violentamente a expansão do espaço. Esse fenômeno, batizado com o nome de inflação, durou uma minúscula fração de segundo. Mas foi tão intenso que fez o universo passar do volume de um próton ao tamanho que hoje pode ser observado pelos mais potentes telescópios.

Apesar de ter caído muito, a temperatura ainda permanecia altíssima - da ordem de 1027 graus Kelvin, isto é, um bilhão de bilhão de bilhão de graus acima do zero absoluto. O universo era constituído então de pura energia, em frenética atividade, com partículas e antipartículas sendo produzidas e aniquiladas sem parar. Esses primeiros corpúsculos pertenciam às classes dos quarks e antiquarks e léptons e antiléptons. Um milionésimo de segundo depois do Big Bang, a temperatura havia baixado ao patamar de 10 trilhões de graus, permitindo que trincas de quarks e antiquarks se colassem para formar prótons, nêutrons e suas respectivas antipartículas.

Mais três minutos e o universo tinha esfriado tanto que os prótons e nêutrons já podiam se combinar, formando os núcleos atômicos dos elementos mais simples: hidrogênio (um próton), deutério (um próton e um nêutron), hélio (dois prótons e dois nêutrons), lítio (três prótons e quatro nêutrons). O termômetro cósmico registrava então a marca de um milhão de graus. Essa formação de núcleos, conhecida como "nucleossíntese primordial", prosseguiu por cerca de 20 minutos. Mas foi preciso esperar de 300 mil a 400 mil anos de resfriamento para que os núcleos pudessem capturar os elétrons livres, formando os primeiros átomos.

E surge a vida

Antes da formação dos átomos, o universo era opaco, pois a interação entre os elétrons livres e os fótons (as partículas de luz) impedia a propagação da radiação luminosa. Com a captura dos elétrons livres, os fótons puderam viajar livremente. E o cosmo tornou-se transparente. Menos de um bilhão de anos mais tarde, a atração gravitacional entre os átomos deu origem às primeiras gerações de estrelas e galáxias. A nucleossíntese prosseguiu no interior das estrelas, enriquecendo o cosmo com núcleos atômicos de elementos mais complexos (carbono, oxigênio, ferro etc.). Estes participariam da formação de estrelas de gerações posteriores - eventualmente dotadas de planetas, onde, em situações especiais, a organização da matéria criaria condições para o aparecimento da vida.

Apenas um entre muitos universos

O que veio antes do Big Bang? Até alguns anos atrás, essa pergunta parecia não ter o menor sentido. Os cientistas acreditavam que o espaço e o tempo haviam nascido com o Big Bang. Portanto, a palavra "antes" só podia ser utilizada depois desse acontecimento. Hoje em dia, já se começa a pensar de modo diferente. "Muitos cosmólogos acreditam que o nosso cosmo seja apenas um entre muitos universos, talvez infinitos", afirma o astrônomo Laerte Sodré, do IAG-USP."O Big Bang marcaria apenas o nascimento do nosso universo, mas haveria outros, eventualmente muito mais antigos."

Esses universos poderiam ter propriedades físicas muito diferentes do nosso. E, no atual estágio de desenvolvimento da ciência, estão totalmente fora de nossa capacidade de observação. "Mas é preciso ter claro que essas idéias são puramente especulativas", alerta Sodré. "Não possuímos ainda uma física suficientemente desenvolvida nem para entender o que aconteceu nas primeiras frações de segundo depois do Big Bang, quanto menos o que veio antes." Uma das virtudes da cosmologia, aliás, é dar ao homem uma pequena noção do tamanho de sua ignorância.

Como já foi dito, 70% da energia do universo pode originar-se de um vazio que a ciência mal começou a investigar. Mas isso ainda não é tudo: dos 30% de conteúdo restantes, apenas um terço corresponde à matéria convencional, estudada pela física. Os outros dois terços seriam formados pela chamada "matéria escura", cuja natureza é completamente desconhecida (leia quadro abaixo). Longe de deixá-los deprimidos, esse vislumbre do desconhecido é um formidável estímulo para os cientistas criativos. "Coisas incrivelmente interessantes começam a se apresentar para a investigação científica", anuncia Amâncio Friaça. "A ciência está apenas começando."

A exótica matéria escura

Próton, elétron, nêutron: todos esses conceitos associados à matéria convencional não valem para a matéria escura. Os cientistas ainda não têm a menor idéia de sua natureza. Mas estão cada vez mais convencidos de que ela existe. "Essa convicção começou a se firmar na década de 1930", informa Laerte Sodré. "Naquela época, estudando o comportamento dos aglomerados de galáxias, o astrônomo búlgaro Fritz Zwicky (1898-1974) calculou qual deveria ser a massa das galáxias para que seu movimento relativo contrabalançasse a atração gravitacional, impedindo que elas se esmagassem umas às outras. E chegou à conclusão de que elas continham muito mais matéria do que o montante que poderia ser atribuído à soma de suas estrelas."

Desde então, as evidências a favor da matéria escura aumentaram sem parar. Ela preencheria o cosmo, formando, em torno das galáxias, halos muito maiores do que seu miolo visível. Embora não possa ser percebida pelos meios convencionais, a matéria escura estaria presente também na Terra - até mesmo no interior dos corpos humanos. E sua existência poderia explicar muitos mistérios que até hoje desafiam a ciência.{jcomments on}

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