Energia escura primordial ao resgate

Título: Hints of Early Dark Energy in Planck, SPT, and ACT data: new physics or systematics?

Autores: Tristan L. Smith, Matteo Lucca, Vivian Poulin, Guillermo F. Abellan, Lennart Balkenhol, Karim Benabed, Silvia Galli, Riccardo Murgia

Instituição do primeiro autor: Department of Physics and Astronomy, Swarthmore College, EUA

Status: Submetido ao Arxiv, [acesso aberto]

Quase todo mundo já ouviu falar de como tudo começou. O Universo começou com o Big Bang, a inflação acelerou sua expansão, e agora a energia escura mantém o Universo em expansão acelerada. Esse é o modelo favorito para o Universo, o lambda-CDM. Mas e se essa não for toda a história?

À medida que astrônomos coletam dados melhores, o ΛCDM é posto em teste, pois os dados mostram que ele tem alguns problemas. Um dos principais problemas é a Tensão de Hubble. Ela se refere ao fato de que medidas independentes da taxa de expansão do Universo produzem valores da constante de Hubble diferentes. Tal diferença pode ser por conta de erros sistemáticos ou uma nova física que o ΛCDM não consegue explicar. Qual seria essa nova física em jogo?

Energia escura (quase)

Uma possível resposta é uma nova categoria de energia escura chamada energia escura primordial (EEP). Astrônomos postulam que esse tipo de energia existiu nos primeiros 300.000 anos após o Big Bang e decaiu algumas centenas de milhares de anos depois. Enquanto a EEP não era forte o suficiente para dar partida na expansão do Universo como a energia escura de hoje, ela tem um efeito interessante no Universo primordial. A teoria estabelece que EEP ajudou a esfriar o plasma primordial mais rápido do que se imaginava, afetando como a radiação cósmica de fundo (do inglês Cosmic Microwave Background – CMB) é interpretada quando se trata de estimar a idade do Universo e sua taxa de expansão. Essa teoria poderia ajudar a resolver a tensão de Hubble. Porém, muitos astrônomos buscam outras soluções, então como o EEP pode ser a solução correta? Bom, a resposta pode estar nas fotos de infância do Universo: a CMB.

Ao estudar a luz mais antiga que podemos enxergar, vinda da CMB, astrônomos podem testar se a EEP é a resposta que procuramos. E felizmente, dados de telescópios como o Atacama Cosmology Telescope, SPT-3G e do Planck possuem suficiente detalhe para análise. Através de análise estatística, os autores do artigo de hoje ajustaram previsões da EEP e do Lambda-CMB aos dados de CMB e compararam qual melhor se ajustava. Além disso, para ajudar a mitigar possíveis contaminações por erros sistemáticos, os autores repetiram esses cálculos com várias combinações possíveis de dados dos telescópios mencionados aqui.

Figura 1: Resultados a partir do ajuste a dados de CMB. A linha mais escura é combinação dos três dados. A faixa cinza mostra resultados do SH0ES. Figura 1 do artigo.

Então quem foi o vencedor? O campeão atual Lambda-CDM ou a modificação com EEP? Para nossa surpresa, quando todos os dados foram combinados, os autores encontraram uma preferência moderada dos dados de CMB ao modelo com EEP! Os resultados podem ser vistos à esquerda, o ajuste mostra cada dado e dados combinados (a linha escura) resultando numa posterior que considera EEP.

ΛCDM vc EEP: segundo round

Mas antes que vá embora, o ΛCDM não é totalmente eliminado. Enquanto o estudou mostra uma descoberta interessante, não significa que a EEP será escrita nos próximos livros-texto. Para testar a robustez dos resultados, os autores buscaram ajustar mais configurações dos dados de CMB. Conforme esses testes variam, nem todas as combinações mostram preferência ao modelo com EEP. Por exemplo, com mais dados do Planck, especialmente do espectro de potência da temperatura, são consideradas, EEP não é mais favorecida. Como mostra a figura abaixo, no gráfico de cima, vemos que com mais dados do Planck, o valor que representa a EEP tende a zero e portanto há perda de preferência pelo modelo.

Assim, é possível que a preferência por EEP sobre ΛCDM não seja física, mas simplesmente o resultados de alguma sistemática. É evidente que com mais precisão de dados de temperatura e polarização da CMB são fundamentais para que os astrônomos possam dizer se EEP será a próxima grande mudança no nosso entendimento sobre as origens do Universo. Fiquem ligades para descobrir!

Figura 2: Resultados do ajuste com CMB. Os gráficos representam resultados dos ajustes de parâmetros aumentando os multipolos do Planck. Pelo gráfico de cima, vemos que com mais dados do Planck, o valor que representa a EEP tende a zero e portanto há perda de preferência pelo modelo. Figura 5 no artigo.

Adaptado de Early Dark Energy to the rescue, escrito por Kayla Kornoelje.

Créditos da imagem de destaque: A. Schaller (STScI)

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