As Duas Maiores Enigmas do Universo Podem Ser A Mesma Coisa: Uma Nova Perspectiva da Cosmologia

Cerca de 95% do conteúdo do universo permanece invisível. Aproximadamente 70% é composto pela energia escura, associada à expansão acelerada do espaço, e cerca de 25% pela matéria escura, que impede a dispersão das galáxias. Ambas as substâncias não emitem, refletem ou absorvem luz, levando os astrônomos a deduzi-las apenas por meio de rastros indiretos. No entanto, novas observações levaram os físicos a considerar uma versão mais ousada: a energia escura e a matéria escura podem não ser dois enigmas independentes, mas sim partes de um único sistema físico.

O gatilho para essa reconsideração foram os resultados do instrumento DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), que está construindo um mapa tridimensional do universo com base na posição e nos espectros de milhões de galáxias. Em 2024, os primeiros dados indicaram que a energia escura, considerada uma constante na cosmologia padrão, poderia ter variado ao longo do tempo. Em 2025, uma análise com uma amostra mais de duas vezes maior reiterou um resultado semelhante. Embora os dados ainda não sejam considerados uma descoberta definitiva, eles aumentaram significativamente o interesse em modelos com energia escura variável. Cálculos consistentes com as observações do DESI admitem que, há cerca de dois bilhões de anos, a densidade da energia escura pode ter atingido um pico e, em seguida, começado a diminuir. Em uma era anterior, o cenário poderia ter sido o oposto: a densidade crescia à medida que o universo se expandia. Para os modelos convencionais, esse comportamento parece estranho. A energia não pode simplesmente surgir do nada, e esse crescimento foi apelidado de "modo fantasma".

O "modo fantasma" não implica necessariamente uma violação das leis de conservação. O problema pode surgir de uma contagem incorreta. Os cosmólogos geralmente consideram a matéria escura e a energia escura como componentes separados. Se a massa das partículas de matéria escura muda ou se parte de sua energia é transferida para a energia escura, um observador pode atribuir todo o efeito incomum à energia escura. O aumento de sua densidade, nesse caso, seria aparente, e não uma aparição real de nova energia. A ideia de interação entre os dois componentes escuros tem sido discutida há muito tempo. Já em 2005, físicos demonstraram que a troca de energia entre a matéria escura e a energia escura poderia criar a aparência do "modo fantasma". Após a publicação dos resultados do DESI, surgiram novos modelos onde ambos os componentes variam de forma coordenada: a densidade da energia escura e a massa das partículas de matéria escura evoluem juntas.

Um trabalho recente descreve uma era passada em que a matéria escura poderia ter transferido uma pequena parte de sua energia para a energia escura. A matéria escura é, por vezes, comparada a um freio na expansão cósmica: sua gravidade atrai a matéria e impede que o espaço se expanda mais rapidamente. O enfraquecimento desse freio aceleraria a expansão sem a necessidade de energia surgindo do nada. A conexão do setor escuro também pode ajudar a resolver outro problema antigo: a tensão de Hubble. A velocidade de expansão do universo é medida de duas maneiras. O primeiro método se baseia na radiação cósmica de fundo, a luz do universo primitivo, a partir da qual se reconstrói a taxa de expansão logo após o Big Bang. O segundo utiliza objetos mais próximos, incluindo supernovas do tipo Ia, e mostra como o cosmos se expande em uma época relativamente recente. O modelo padrão exige que ambos os métodos forneçam o mesmo valor para a constante de Hubble. Na prática, os resultados diferem em cerca de 9%. Alguns físicos explicam a discrepância por erros sistemáticos nas observações, enquanto outros a veem como um sinal de física desconhecida. Modelos com troca de energia entre matéria escura e energia escura permitem obter diferentes velocidades de expansão em diferentes épocas cósmicas, aliviando assim parcialmente a contradição.

A versão mais ousada conecta o setor escuro à teoria das cordas. Essa teoria postula que, além das três dimensões espaciais familiares e do tempo, existem outras seis ou sete dimensões adicionais. Normalmente, considera-se que o tamanho dessas dimensões é próximo ao comprimento de Planck, cerca de 10⁻³⁵ metros. Uma dimensão escura hipotética poderia ser incomparavelmente maior, na ordem de um mícron, ou 10⁻⁶ metros. Nesse tipo de modelo, os grávitons, partículas portadoras da gravidade ainda não detectadas, poderiam penetrar parcialmente em uma dimensão adicional. Lá, os grávitons ganhariam massa e se transformariam em grávitons escuros. Na nossa realidade quadridimensional, sua ação gravitacional poderia se manifestar como matéria escura. A variação do tamanho da dimensão adicional influenciaria simultaneamente a massa dos grávitons escuros e a densidade da energia escura. Modelos de dimensão escura já consideram os grávitons escuros como um possível candidato para a matéria escura. Um trabalho publicado em julho de 2025 demonstrou a compatibilidade de tal modelo com os dados do DESI. Ele prevê uma diminuição lenta na força da energia escura e na massa da matéria escura. A taxa de variação da energia escura é proporcional à sua densidade. Essa densidade é extremamente baixa, o que significa que o efeito só seria detectável após observações que abrangessem uma parte significativa da história do universo.

Componentes escuros interligados podem deixar outros rastros. Se as partículas de matéria escura experimentam uma atração adicional de longo alcance além da gravidade comum, o choque de duas galáxias que passam próximas deveria formar uma cauda de maré incomumente longa de estrelas, gás e poeira atrás de uma delas. A busca por essas caudas em 2006 não encontrou confirmações convincentes, mas permitiu estabelecer um limite superior para a força da interação adicional. O limite obtido é cerca de 20 vezes maior que a força prevista pelo modelo da dimensão escura. As observações ainda não apoiaram diretamente a hipótese, mas também não a descartaram. A coincidência entre algumas conclusões da teoria das cordas, cálculos cosmológicos e dados sobre a expansão do universo dá aos físicos motivos para continuar a testá-la. Nenhuma das modelos explicou definitivamente nem a energia escura nem a matéria escura. O DESI apenas mostrou indícios de que o quadro convencional com energia escura constante pode ser incompleto. Mapas galácticos futuros, observações de supernovas, a busca por caudas de maré incomuns e medições mais precisas da constante de Hubble devem revelar se as duas principais componentes invisíveis do universo realmente trocam energia ou se o mistério reside em algo mais.