Estudo utiliza conceitos de termodinâmica para descrever a expansão do Universo

O Universo em expansão
Texto: José Tadeu Arantes | Agência FAPESP
A ideia da expansão do Universo tem já quase um século. A proposição de que as galáxias distantes estão se afastando da Terra e de que a velocidade de afastamento cresce com a distância foi teorizada pelo belga Georges Lemaître (1894-1966) em 1927 e confirmada observacionalmente pelo norte-americano Edwin Hubble (1889-1953) dois anos depois. Tal confirmação foi proporcionada pelo redshift (desvio para o vermelho) do espectro da radiação eletromagnética recebida desses objetos longínquos.
A aceleração da expansão
Em 1998, um novo e surpreendente ingrediente foi acrescentado ao modelo. Um conjunto de observações de estrelas supernovas muito distantes, realizadas pelo Supernova Cosmology Project e pelo High-Z Supernova Search Team, mostraram que a expansão do Universo estava se acelerando – e não sendo retardada por efeito gravitacional como se supunha. Essa descoberta levou ao conceito de energia escura, que supõe-se contribuir com mais de 68% da energia total do Universo observável atual, enquanto a matéria escura e a matéria comum contribuem com 26% e 5%, aproximadamente.
O papel do parâmetro de Grüneisen na expansão do Universo
“Medidas de redshift apontam para uma expansão acelerada adiabática [isto é, sem troca de calor] e anisotrópica [que não é a mesma em todas as direções]”, diz Mariano de Souza, professor do Departamento de Física do Instituto de Geociências e Ciências Exatas da Universidade Estadual Paulista (Unesp), campus de Rio Claro. E prossegue: “Conceitos fundamentais da termodinâmica permitem inferir que toda expansão adiabática é acompanhada de um resfriamento, no efeito barocalórico [capaz de gerar calor quando submetido a pressão] que é quantificado pela chamada razão de Grüneisen.”
Contribuição do estudo para a compreensão do Universo em expansão
Em artigo recente, publicado no periódico Results in Physics, os pesquisadores da Unesp liderados por Souza utilizaram o parâmetro de Grüneisen para descrever aspectos intricados relacionados à expansão do Universo. O trabalho é um dos resultados da pesquisa de doutorado de Lucas Squillante, o primeiro autor, atualmente pós-doutorando sob supervisão de Souza.
Os pesquisadores demonstraram, utilizando o parâmetro de Grüneisen, que o contínuo resfriamento do Universo está associado a um efeito barocalórico, isto é, que relaciona pressão e temperatura. Tal efeito, por sua vez, ocorre devido à expansão adiabática do Universo. Sob essa perspectiva, propuseram que, na era dominada pela energia escura, na qual atualmente nos encontramos, o parâmetro de Grüneisen depende do tempo.
Um dos aspectos interessantes desse trabalho é que utiliza conceitos da termodinâmica e da física do estado sólido, como stress (tensão) e strain (deformação), para descrever a expansão anisotrópica do Universo.
A hipótese do Big Rip (Grande Ruptura) foi apresentada pela primeira vez em 2003. Ela diz que, se a quantidade de energia escura for suficiente para acelerar a expansão do Universo além de uma velocidade crítica, isso poderá causar uma ruptura no “tecido” do espaço-tempo.