A temperatura média do universo está cada vez mais quente

Teoricamente, a temperatura média do universo deve diminuir gradualmente a medida que se expande. Entretanto, um novo estudo mostra que essa progressão está ocorrendo de forma inversa nos últimos 10 bilhões de anos e o universo está se aquecendo.

Universo
A história térmica cósmica, quantificada pela evolução da densidade média de energia térmica no universo, é impulsionada pelo crescimento de estruturas à medida que os bárions recebem choques aquecidos em halos de matéria escura em colapso.

Por quase um século, os astrônomos entenderam que o Universo está em um estado de expansão. Desde a década de 1990, eles compreenderam que, há quatro bilhões de anos, o ritmo de expansão está se acelerando. Conforme isso progride, e os aglomerados de galáxias e filamentos do Universo se distanciam cada vez mais, os cientistas teorizam que a temperatura média do Universo diminuirá gradualmente.

Mas de acordo com uma nova pesquisa liderada pelo Centro de Cosmologia e Física de AstroPartículas (CCAPP) da Universidade do Estado de Ohio, parece que o Universo está realmente ficando mais quente com o passar do tempo. Depois de investigar a história térmica do Universo nos últimos 10 bilhões de anos, a equipe concluiu que a temperatura média do gás cósmico aumentou mais de 10 vezes e atingiu cerca de 2,2 milhões K (~2,2 milhões ºC) hoje.

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O estudo que descreve suas descobertas, “The Cosmic Thermal History Probed by Sunyaev – Zeldovich Effect Tomography“, apareceu recentemente no The Astrophysical Journal. O estudo foi liderado por Yi-Kuan Chiang, um pesquisador do CCAP, e incluiu membros do Instituto Kavli de Física e Matemática do Universo (Kavli IPMU), da Universidade Johns Hopkins e do Instituto Max-Planck para Astrofísica.

Para o seu estudo, a equipe examinou os dados térmicos da Estrutura em Grande Escala (LSS) do universo. Isso se refere a padrões de galáxias e matéria na maior das escalas cósmicas, que é o resultado do colapso gravitacional da matéria escura e do gás. Como Dr. Chiang explicou em um comunicado à imprensa do estado de Ohio:

Nossa nova medição fornece uma confirmação direta do trabalho seminal de Jim Peebles - o Prêmio Nobel de Física de 2019 - que expôs a teoria de como a estrutura em grande escala se forma no universo. À medida que o universo evolui, a gravidade puxa a matéria escura e o gás do espaço em galáxias e aglomerados de galáxias. O arrasto é violento - tão violento que mais e mais gás é chocado e aquecido.

Para medir as mudanças térmicas nos últimos 10 bilhões de anos, Chiang e seus colegas combinaram dados do Planck Infrared Astronomical Satellite da ESA e do Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Enquanto o Planck foi a primeira missão europeia a medir a temperatura do Cosmic Microwave Background (CMB), o SDSS é uma pesquisa multiespectral massiva que criou os mapas 3D mais detalhados do Universo.

A partir desses conjuntos de dados, a equipe correlacionou oito dos mapas de intensidade do céu de Planck com dois milhões de referências espectroscópicas de redshift do SDSS. Combinando medições de redshift (que são rotineiramente usadas para determinar a velocidade com que os objetos estão se afastando de nós) e estimativas de temperatura com base na luz, a equipe comparou a temperatura de nuvens de gás mais distantes (mais para trás no tempo) com aquelas mais próximas da Terra.

A partir disso, a equipe de pesquisa foi capaz de confirmar que a temperatura média dos gases no início do Universo (cerca de 4 bilhões após o Big Bang) era mais baixa do que agora. Isso aparentemente se deve ao colapso gravitacional da estrutura cósmica ao longo do tempo, uma tendência que continuará e se tornará mais intensa à medida que a expansão do Universo continuar se acelerando.

Como Chiang resumiu, o Universo está se aquecendo por causa do processo natural de formação de galáxias e estruturas, e não está relacionado às mudanças de temperatura aqui na Terra:

À medida que o universo evolui, a gravidade junta a matéria escura e o gás no espaço em galáxias e aglomerados de galáxias. O arrasto é violento - tão violento que mais e mais gás é chocado e aquecido ... Esses fenômenos estão acontecendo em escalas muito diferentes. Eles não estão conectados de forma alguma.

No passado, muitos astrônomos argumentaram que o cosmos continuaria a esfriar à medida que se expandisse, algo que inevitavelmente resultaria no “Grande Frio” (ou “Grande Congelamento”). Em contraste, Chiang e seus associados mostraram que os cientistas podem cronometrar a evolução da formação da estrutura cósmica “verificando a temperatura” do Universo.

Essas descobertas também podem ter implicações para as teorias que aceitam o “resfriamento cósmico” como uma conclusão precipitada. Por um lado, foi sugerido que uma possível resolução para o Paradoxo de Fermi é que as inteligências extraterrestres (ETIs) estão dormentes e esperando que o Universo melhore (a Hipótese de Estivação).