Observações recentes começaram a desafiar essa visão amplamente aceita. Dados do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) — um projeto avançado que mapeia a distribuição das galáxias em todo o Universo — sugerem a possibilidade de um componente de energia escura dinâmica (DDE). Tal descoberta marcaria uma mudança significativa em relação ao modelo padrão ΛCDM. Enquanto isso aponta para uma narrativa cósmica mais intrincada e em evolução, também expõe uma grande lacuna no entendimento: como uma energia escura dependente do tempo poderia moldar a formação e o crescimento das estruturas cósmicas ainda permanece incerto.

Simulando um Universo em Evolução

Para explorar esse mistério, uma equipe liderada pelo Professor Associado Tomoaki Ishiyama do Conselho de Aprimoramento da Transformação Digital da Universidade de Chiba no Japão realizou uma das simulações cosmológicas mais extensas já realizadas. Os colaboradores incluíram Francisco Prada do Instituto de Astrofísica da Andaluzia na Espanha e Anatoly A. Klypin da Universidade Estadual do Novo México nos Estados Unidos. Seu estudo, publicado na Physical Review D (Volume 112, Edição 4), investigou como uma energia escura variável no tempo poderia influenciar a evolução do cosmos e ajudar a interpretar observações astronômicas futuras.

Usando o supercomputador insignia do Japão, Fugaku, os pesquisadores executaram três grandes simulações N-body de alta resolução, cada uma com um volume computacional oito vezes maior do que trabalhos anteriores. Uma simulação seguiu o modelo padrão ΛCDM do Planck-2018, enquanto duas outras incorporaram a energia escura dinâmica. Comparando o modelo DDE com parâmetros fixos ao modelo padrão, eles conseguiram isolar os efeitos de um componente de energia escura em mudança. Uma terceira simulação utilizou parâmetros extraídos dos dados do primeiro ano do DESI, revelando como um modelo cosmológico “atualizado” poderia se comportar se a energia escura realmente varia com o tempo.

Como uma Pequena Mudança Pode Reformular o Universo

Os resultados mostraram que a influência das variações da energia escura por si só era relativamente sutil. No entanto, uma vez que os pesquisadores ajustaram os parâmetros cosmológicos de acordo com os dados do DESI — em particular aumentando a densidade da matéria em cerca de 10% — as diferenças se tornaram impressionantes. Uma maior densidade de matéria fortalece a atração gravitacional, o que acelera a formação de aglomerados massivos de galáxias. Nesse cenário, o modelo DDE baseado no DESI previu até 70% mais aglomerados massivos no início do Universo do que o modelo padrão. Esses aglomerados formam a estrutura cósmica sobre a qual galáxias e grupos de galáxias se ensamblam.

A equipe também examinou as oscilações acústicas barônicas (BAOs) — padrões deixados por ondas sonoras no início do Universo que servem como “régua cósmica” para medir distâncias. Na simulação DDE derivada do DESI, o pico das BAOs deslocou-se em 3,71% em direção a escalas menores, correspondendo de perto às observações reais do DESI. Esta forte concordância confirmou que o modelo não apenas reflete previsões teóricas, mas também está bem alinhado com dados do mundo real.

Mapeando Aglomerados de Galáxias e Estrutura Cósmica

Além disso, os pesquisadores analisaram como as galáxias se agrupam ao longo do cosmos. O modelo DDE baseado no DESI produziu um agrupamento notavelmente mais forte do que a versão padrão ΛCDM, particularmente em escalas menores. O aumento do agrupamento resulta diretamente da maior densidade de matéria, que amplifica a ligação gravitacional. Essa correspondência estreita entre simulação e observação apoia ainda mais a validade do modelo de energia escura dinâmica.

No geral, as descobertas da equipe esclarecem como tanto a energia escura quanto a densidade da matéria moldam a estrutura em larga escala do Universo. “Nossas grandes simulações demonstram que variações nos parâmetros cosmológicos, particularmente a densidade de matéria no Universo, têm uma influência maior na formação de estruturas do que o componente DDE sozinho”, diz o Dr. Ishiyama.

Preparando-se para a Próxima Geração de Pesquisas Cósmicas

Com novas campanhas de observação no horizonte, essas simulações desempenharão um papel crucial na interpretação dos resultados futuros. “Em um futuro próximo, grandes levantamentos de galáxias do Subaru Prime Focus Spectrograph e do DESI devem melhorar significativamente as medições dos parâmetros cosmológicos. Este estudo fornece uma base teórica para interpretar os dados que estão por vir”, conclui o Dr. Ishiyama.