O maior mapa 3D do Universo está abalando a cosmologia até suas fundações

A Colaboração DESI é a vencedora da Gizmodo Science Fair de 2026 por avançar enormemente em nossa compreensão de como o universo começou, evoluiu e continuará a crescer no futuro.

A questão

Qual é a natureza da expansão do nosso universo e como a energia escura entra em ação?

O resultado

Quanto mais mapeamos o universo, menos certeza parecemos ter sobre a verdadeira natureza da energia escura – a força que se diz impulsionar a expansão do nosso universo. Em abril deste ano, o Instrumento Espectroscópico de Energia Escura – DESI – concluiu oficialmente a sua primeira pesquisa de cinco anos, produzindo o maior mapa 3D de alta resolução do Universo. Este mapa cobre mais de 47 milhões de galáxias e quasares e 20 milhões de estrelas ao longo de 11 mil milhões de anos de história cósmica. Isso também representa seis vezes mais dados do que todas as medições anteriores combinadas.

“À medida que olhamos para galáxias cada vez mais distantes de nós, estamos a olhar para trás no tempo – o tempo que leva para a luz destas galáxias distantes chegar até nós,” explicou Will Percival, co-porta-voz do DESI e astrofísico da Universidade de Waterloo, no Canadá. “Assim, (um levantamento de galáxias) pode construir uma história do universo; podemos construir fatias que nos mostram como era o universo em diferentes idades.”

Nos próximos meses ou anos, os cosmólogos irão separar os dados, comparando as observações com modelos teóricos. Eles irão, em particular, examinar minuciosamente a validade da constante cosmológica, lambda (Λ), que afirma que a expansão do universo está se acelerando – uma ideia amplamente aceita e inesperadamente desafiada pelo DESI.

Por que eles fizeram isso

Em 1998, astrónomos que estudavam supernovas distantes encontraram evidências de que o Universo estava a expandir-se a um ritmo cada vez mais acelerado. Mas o arsenal de variáveis ​​e equações que os cientistas tinham na época não era suficiente para provar isso. Se o universo tivesse apenas alguma matéria regular e força gravitacional, a sua evolução seria determinada pela rapidez com que a matéria se expandia e pela influência da gravidade que a unia, explicou Percival.

“Para obter essa aceleração da expansão, é preciso que algo mais esteja presente no universo, seja uma força ou um novo campo escalar”, acrescentou. Chamamos isso de energia escura. Mas nomear algo não nos diz o que é.”

Digite DESI. Com informações sobre milhões e milhões de galáxias, os astrônomos são livres para realizar todos os tipos de testes cosmológicos usando os conjuntos de dados, que a Colaboração DESI divulga publicamente após alguns preparativos internos. Esta não é uma pesquisa que acontece da noite para o dia. Afinal de contas, as questões aqui abordam o nascimento do universo, como está a crescer – e, talvez o mais importante, como poderá acabar.

Por que eles são vencedores

O DESI não é o primeiro instrumento encarregado de estudar a energia escura. Na verdade, os membros do DESI, incluindo Percival e Klaus Honscheid, o cientista co-instrumentista da colaboração, têm ampla experiência de trabalho com projetos semelhantes, incluindo os antepassados ​​do DESI. Mas certamente representa a engenhosidade dos cientistas – tanto na forma como o projeto foi concebido como no que foi realizado em tão pouco tempo.

O DESI está instalado no topo do telescópio Mayall de 4 metros no Observatório Nacional Kitt Peak, no Arizona. Mayall foi lançado em 1973 e, considerando o tamanho cada vez maior dos telescópios (o espelho de Vera Rubin tem 8,4 metros de largura), isso pode não parecer tão impressionante. Há também a velha sabedoria da física que afirma que quanto maior, melhor. Mas este telescópio, do qual a comunidade “deixou)”, era perfeitamente adequado para a missão do DESI, disse Honscheid, físico da Universidade Estadual de Ohio.

“A maneira como fazemos isso é com 5.000 pequenos robôs – não os robôs da ficção científica, mas esses objetos do tamanho de um lápis que podem ser controlados remotamente, com fibras ópticas na ponta”, explicou Honscheid. “Você sabe, através de imagens, onde está uma galáxia e, em seguida, move a ponta da fibra exatamente para esse local; faz isso com todas as 5.000 galáxias e depois passa para a próxima exposição.”

Este nível de precisão é o motivo pelo qual, de certa forma, o DESI é muito bom no seu trabalho. Criou ondas de choque em toda a cosmologia antes mesmo de a pesquisa terminar, em abril. O mais notório é que uma análise dos dados dos primeiros três anos não se alinhou exatamente com o modelo padrão da cosmologia. Em outras palavras, pode haver algo profundamente errado com a nossa compreensão da constante cosmológica. Se for verdade, as consequências para a cosmologia seriam nada menos que catastróficas e revolucionário.

“Acho que todos esperavam que nossos dados correspondessem a esse modelo”, lembrou Percival. “Portanto, foi uma surpresa incrível quando analisamos os dados pela primeira vez e descobrimos que eles correspondiam ao modelo (padrão), o que era bom, mas descobrimos que exigiam parâmetros muito diferentes daqueles que esperávamos.”

Esta descoberta específica fica ligeiramente abaixo do padrão para declarar uma descoberta estatisticamente significativa, de acordo com Honscheid. “Mas é muito atraente”, disse ele. “É uma ótima dica.”

O que vem a seguir

Percival e Honscheid realmente não sentem que nada acabou. O instrumento também ainda está tecnicamente funcionando (um dia antes de sua conversa com o Gizmodo, Honscheid estava em uma chamada de emergência por causa de uma falha de umidade). Atualmente, o plano é que o DESI estude o céu noturno até cerca de 2028. Definitivamente haverá atualizações, mas o objetivo principal por enquanto é manter suas capacidades de alto nível, explicou Honscheid.

Do lado da investigação, os cientistas ainda não terminaram o conjunto de dados dos primeiros três anos de operações do DESI – simplesmente porque há muito para estudar. Em parte, é por isso que o DESI optou pela divulgação escalonada de dados para abrir as suas observações à comunidade. Afinal, as perguntas dos astrônomos são tão abundantes quanto as estrelas do universo. Dito isto, o despejo de dados de cinco anos ainda está sendo preparado, explicou Percival. Ele acrescentou que sempre há muita codificação, matemática e ciência para encontrar a “maneira mais robusta” para as pessoas explorarem seus interesses.

“Tendemos a dizer apenas: ‘Ok, foi assim que analisamos uma pesquisa anterior’. Faremos isso com os novos dados”, disse Percival. “Mas, de certa forma, os problemas que enfrentamos são os mesmos, mas como temos tantos dados agora, coisas que varremos para debaixo do tapete há 10, 15 anos, temos agora de nos preocupar, porque as nossas barras de erro são suficientemente pequenas e agora tornaram-se importantes.”

“Este problema da energia escura é suficientemente interessante, excitante e grande que (a humanidade) reuniu um grande número de experiências muito diferentes para realmente investigá-lo”, disse Percival. “Quanto mais experimentos você tiver, mais maneiras diferentes você terá de medir a expansão acelerada – mais você poderá acreditar em quaisquer resultados que surjam. Há o Euclid, que está chegando à sua primeira amostra de dados. Há o Roman, que deve ser lançado ainda este mês… Com certeza, os humanos sempre quiseram saber seu lugar no universo.”

A equipe

A partir de 2026, o DESI informa que a experiência “reúne mais de 1.000 investigadores, incluindo 350 estudantes de doutoramento, 200 pós-doutorandos e 150 estudantes de graduação, de mais de 70 instituições” em todo o mundo. A colaboração é gerenciada pelo Laboratório Nacional Lawrence Berkeley, do Departamento de Energia dos EUA. A lista completa dos membros da equipe DESI pode ser encontrada aqui.

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