Vazio Cósmico

Uma hipótese em competição com a Energia Escura é a de Zonas Vazias no Universo.
Segundo essa abordagem, a nossa galáxia estará no centro de um vazio cósmico.

Para os criacionistas a Terra é o centro do Universo e, aqui, vêem uma possível prova para que a Terra esteja no centro de alguma coisa.
No século XVI, Copérnico sugeriu que a Terra não era o centro do Universo. O Princípio de Copérnico emergiu nos últimos anos como produto de estudos de supernovas. Ao descartar este princípio alguns investigadores sugerem novas interpretações para as diferenças no brilho de supernovas.
Nos últimos anos têm sido construídos modelos do Universo com base no Princípio Cosmológico, segundo o qual “todos os pontos em todas as direcções parecem os mesmos” em qualquer instante, e modelos sem ter por base este princípio.

Para os investigadores que se baseiam no Princípio Cosmológico o Universo está a expandir-se aceleradamente com base no redshift. Quanto mais distante está uma estrela mais o seu brilho tende para o vermelho. O comprimento de onde aumenta o que sugere um afastamento.
Recentemente medições de supernovas mostraram um brilho mais fraco que o esperado. Este facto pode indiciar que a supernova está mais longe do que se pensava. “A luz demorou mais a chegar até nós”. Desta observação nasce a ideia de expansão acelerada. A luz demora mais tempo a chegar a nós, o Universo demorou mais tempo a expandir-se até ao tamanho actual, ou seja, a taxa de expansão terá sido menor o que implica que a taxa de expansão acelerou. Alguma força repulsiva promoveu essa aceleração.

Na hipótese alternativa, o espaço apresenta, também, uma expansão irregular. Num vazio a densidade de matéria é muito menor e a taxa de expansão será maior nessas zonas enquanto nas zonas não vazias a taxa de expansão desacelera. Imaginemos um balão irregular a ser enchido, com zonas a encher mais do que outras.
Nesta abordagem estamos no centro de um gigantesco vazio. Se uma supernova explodir longe de nós a sua luz, ao viajar até nós, terá de passar pelo vazio que se expande mais depressa e que vai distender a luz produzindo o redshift observado.
Usando as observações da radiação cósmica de fundo em microondas (RCFM), e a sua uniformidade, afirmam que teremos de estar no centro de um vazio esférico para que o universo seja uniforme no nosso ponto de vista. No entanto da RCFM não é totalmente uniforme. “As observações sugerem pequenos vazios e filamentos de matéria”. Contudo “o vazio proposto é de uma ordem de grandeza muito maior”. Uma análise de David Hogg afirma que as maiores estruturas medem 200 milhões de anos-luz. Pelo contrário, Fransesco Sylos Labini sugere que essas estruturas estão limitadas à escala das observações.
As estruturas que vemos hoje tiveram a sua semente nos momentos iniciais do Universo. As não uniformidades da RCFM foram as sementes de estruturas maiores de hoje. Com a teoria cosmológica pode-se, então, calcular a probabilidade da existência de uma estrutura como a que é proposta. “A probabilidade de existir um vazio suficientemente grande para mimetizar a energia escura é de 1 em 10¹⁰⁰“. Contudo Andrei Linde afirma que a probabilidade de o observador se encontrar dentro de um vazio não é tão baixa.

Para testar esta hipótese é necessário um modelo do universo proposto.
Um modelo como esse foi formulado por Georges Lemaitre em 1933. Neste modelo a taxa de expansão dependia do tempo e da distância a um determinado ponto. Quanto mais pontos melhor a medição. Os pontos são as supernovas.
O vazio terá de ter determinadas propriedades para que seja semelhante ao funcionamento da matéria escura. Uma das propriedades desse vazio é a seguinte: a taxa de expansão precisa decrescer rapidamente longe de nós e em todas as direcções. Com isto a densidade de matéria e energia deve crescer. Este cenário contraria o nosso conhecimento sobre o universo: as estruturas universais são suaves. Ali Vanderveld e Éanna Flanagan mostraram que, desse modo, deveríamos viver numa singularidade. De outro modo, se o vazio for mais realista e tiver uma densidade mais suave, poderá confundir-se com uma aceleração da taxa de expansão mas com a diferença de que a aceleração varia com o redshift. Uma forma de desfazer a confusão será a observação de cada vez mais supernovas.
Em 1995 outro teste foi sugerido por Jeremy Goodman. Ao usar aglomerados de galáxias espera observar pelo efeito de espelho a RCFM, que se reflete nesses aglomerados, de diferentes posições. Desta forma testava o Princípio de Copérnico. O conceito é simples: ao observar a RCFM de vários aglomerados poderão afirmar se o Universo é igual. Se for igual, o Princípio de Copérnico é confirmado. Caso contrário, se houver diferença na observação da RCFM, a partir da sua reflexão em mais do que um aglomerado, então cada ponto de vista (cada reflexão em cada aglomerado) significa que o Universo não será uniforme e o princípio de Copérnico perde a validade em conjunto com a Energia Escura, passando-a para a teoria baseada nos vazios cósmicos.

Até agora não foi detectado nenhum vazio. O satélite Plank terá a capacidade de poder detectar ou descartar os vazios.

Uma última abordagem “é fazer medições independentes da taxa de expansão (…) em locais específicos do espaço, separando os efeitos da expansão de outros locais”. A evolução dos aglomerados dependem da taxa de expansão. Ao estudar aglomerados de galáxias será possível detectar diferenças de evolução desses aglomerados e notar diferenças na taxa de expansão.

Os vazios, menores que o modelo anteriormente mencionado, e estruturas filamentares descobertas por observações podem imitar os efeitos da energia escura. No modelo de Tirthabir Biswas, Alessio Notari e Valerio Marra “o Universo parece um queijo suiço”. Deste modo será um universo uniforme, com vários vazios e com uma taxa de expansão a variar ligeiramente entre locais de vazio e locais de estruturas filamentares. Assim estas “variações na taxa de expansão alteram levemente o brilho redshift” dos feixes de luz das supernovas. No entanto, para Joseph Zuntz “para reproduzir os efeitos da energia escura precisaríamos de muitos vazios de baixa densidade com uma configuração muito especial”.

A partir das equações de Einstein podemos calcular a taxa de expansão de uma determinada zona do Universo (calculando a quantidade de matéria a dividir pelo volume). Mas para resolver equações complicadas usam-se formas de cálculo mais fácil como médias e aproximações. Alguns pesquisadores afirmam que as aproximações feitas e os termos adicionais colocados são desprezíveis no resultado final.

O Levantamento do Legado de Supernovas e a Missão Conjunta de Energia Escura em conjunto com o Plank Surveyor e o Square Kilometer Array irão fazer levantamentos de medições da radiação cósmica de fundo em microondas, de supernovas e de todas as galáxias compreendidas no nosso horizonte observável.