sábado, 8 de outubro de 2011

O Nobel de Física 2011...

... foi para Saul Perlmutter, do Lawrence Berkeley National Lab e da Universidade da Califórnia em Berkeley, (metade do prêmio) e para Brian Schmidt (Australian National University) e Adam Riess, (Johns Hopkins).

O prêmio desse ano reconheceu uma importante descoberta em cosmologia: a de que o Universo está expandindo de forma acelerada. Como não é minha área de pesquisa (longe disso), meu conhecimento do assunto vem mais de "curiosidade" mas vou tentar dar uma idéia.

Que o Universo está em expansão já é sabido desde os anos 20, através das descobertas de Edwin Hubble (que deu o nome ao famoso telescópio espacial), dentre outros. Hubble deduziu isso através de medições do espectro de galáxias distantes. Ele percebeu que a maioria delas tem um "desvio para o vermelho" (redshift) no espectro. A interpretação é que esse redshift é uma manifestação do efeito Doppler (=a frequencia da luz/som varia conforme o movimento relativo da fonte. Vide também a explicação de Sheldon Cooper), o que quer dizer que elas estão se afastando de nós. Mais do que isso, as galáxias mais distantes tem um desvio maior, o que significa que elas estão andando mais rápido.

Isso seria evidência de que o Universo, como um todo, está se expandindo. Uma famosa analogia é a seguinte: imagine que as galáxias são "manchas" na superfície de um balão, que representa o Universo. À medida que o balão infla, a distância entre as manchas aumenta. Do ponto de vista de uma determinada mancha (nós, na Via Láctea), as outras manchas se afastam.

Ok, muito bem, então o Universo está se expandindo. Mas quão rápido? Ele se expande a uma taxa constante? A expansão está freando, de modo que o Universo vai parar de expandir em algum ponto (e talvez começar a diminuir?)? Ou a expansão está acelerando e o universo se expande cada vez mais rápido?


O trabalho dos ganhadores do Nobel mostrou que a última opção é a correta. Um gráfico chave para entender o assunto é esse ao lado. Uma primeira versão desse gráfico foi publicada em 1998 nesse paper do grupo de Riess e Schmidt.

Eles mediram o redshift "z" (no eixo horizontal) de estrelas supernovas tipo "1A", distantes bilhões de anos-luz da Terra (com magnitude m) e colocaram cada supernova como um ponto (z,m) no gráfico.

Os pontos no painel de cima não seguem exatamente uma linha reta (o esperado, segundo a Lei de Hubble) mas ficam um pouco acima. Note que é difícil perceber isso considerando somente pontos com z pequeno e é aí que entram as observações de supernovas com z>0,5.

Essa discrepância para valores altos de z é evidência de que a expansão do Universo está acelerando. Se a taxa de expansão do universo estivesse diminuindo (a expansão está "freando"), esses pontos deveriam seguir a linha tracejada (abaixo da linha horizontal no segundo painel), o que não ocorre.

Pois bem, vem a questão: o que faz o Universo estar se expandindo de forma acelerada já que a matéria tende a se atrair pela força da gravidade? De onde vem essa "força de repulsão"? A resposta é: não se sabe bem ao certo. Chama-se a fonte dessa repulsão de "energia escura" ("Dark Energy". Sim, soa meio Star Wars...). O gráfico mostra que os dados para z alto são compatíveis com um modelo (linha preta sólida) em que o Universo é "plano" e composto por 30% de matéria "normal" (átomos, moléculas, eu, você) e 70% de energia escura. O que é e como detectar essa energia escura ainda são questões em aberto.

O bonito disso tudo é ver o método científico em ação: resultados experimentais confirmando ou descartando hipóteses teóricas e abrindo novas perguntas, que serão respondidas por outros experimentos.

Links interessantes:

- Texto científico da Royal Swedish Academy of Sciences (do Prêmio Nobel).

- Tutorial sobre Energia Escura por Robert Kirshner.