A dimensão escura: por que a física teórica passou a tratar energia escura e matéria escura como um só problema

Durante quase três décadas, a cosmologia trabalhou com uma premissa confortável: a energia escura, componente que responde por cerca de 70% do conteúdo do Universo e acelera sua expansão, seria uma constante.^[1] Um número fixo, inscrito nas equações de Einstein sob a letra grega lambda. Os resultados mais recentes do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) colocaram essa premissa sob pressão e trouxeram para o centro do debate uma ideia que até pouco tempo ocupava a periferia da física teórica: a de que energia escura e matéria escura não seriam dois mistérios independentes, mas manifestações de um mesmo setor escuro, possivelmente conectadas por uma dimensão extra do tamanho de um mícron.

O estado dessa discussão foi reconstituído em reportagem da Wired, publicada originalmente pela Quanta Magazine, que ouviu físicos de Harvard, da Universidade da Pensilvânia, do CNRS francês e da Universidade de Chicago.^[1] A pergunta que os une é simples de formular e difícil de responder: e se o comportamento estranho da energia escura for um efeito colateral de calculá-la sem levar em conta a matéria escura?

O que o DESI mediu

O DESI opera no telescópio Nicholas U. Mayall, no Observatório Nacional de Kitt Peak, no Arizona, e registra espectros de milhões de galáxias e quasares para montar o maior mapa tridimensional do Universo já produzido.^[4] A técnica central é a das oscilações acústicas de bárions (BAO, na sigla em inglês). Ondas de pressão no plasma quente do Universo primordial deixaram impressa na distribuição das galáxias uma espécie de régua de tamanho conhecido. Ao medir essa régua em diferentes épocas cósmicas, os pesquisadores reconstroem como o Universo se expandiu ao longo do tempo.

A primeira análise do DESI, divulgada em abril de 2024, já sugeria que a energia escura poderia não ser constante. A segunda, publicada em março de 2025 com mais que o dobro de dados, reforçou a indicação.^[2][3] Há uma nuance importante: isoladamente, os dados do DESI continuam compatíveis com o modelo cosmológico padrão, chamado ΛCDM. A preferência por uma energia escura dinâmica aparece quando eles são combinados com medições da radiação cósmica de fundo e de supernovas, com significância estatística entre 2,8 e 4,2 sigma, conforme o conjunto utilizado.^[4] Para efeito de comparação, a física costuma exigir 5 sigma para declarar uma descoberta.

O levantamento concluiu em 15 de abril de 2026 os cinco anos de observação originalmente planejados^[11], acumulando espectros de cerca de 50 milhões de galáxias e quasares.^[12] As análises do conjunto completo ainda estão em curso.

A leitura mais citada dos dados, segundo a Wired, é a de que a energia escura teria atingido seu valor máximo há cerca de 2 bilhões de anos e, desde então, começado a enfraquecer. Antes disso, porém, ela teria se fortalecido, o que leva ao problema seguinte.^[1]

O regime fantasma e um problema de contabilidade

Quando a densidade de energia escura cresce enquanto o Universo se expande, os físicos dizem que ela entrou no “regime fantasma”. O comportamento parece violar a conservação de energia e, na comparação usada pelos pesquisadores ouvidos pela Wired, equivale a uma bola subindo uma ladeira sozinha: é possível, desde que algo além da gravidade esteja empurrando.^[1]

Para um grupo crescente de teóricos, esse algo é a matéria escura. David Andriot, do CNRS, descreve o fenômeno como um erro de contabilidade: qualquer variação na massa da matéria escura acaba lançada, nas análises, na conta da energia escura. Cumrun Vafa, de Harvard, vai na mesma linha e critica a suposição, adotada também pela equipe do DESI, de que é possível calcular uma sem a outra.^[1] Nessa leitura, o fantasma seria um artefato do modelo usado para interpretar os dados, e não uma propriedade real do cosmos.

Quando as duas escuridões trocam energia

A hipótese de interação não é nova. Em 2005, Justin Khoury, hoje na Universidade da Pensilvânia, mostrou com dois coautores que um acoplamento entre energia e matéria escuras poderia produzir algo que se parece com comportamento fantasma sem de fato sê-lo. Depois do DESI, Khoury, Meng-Xiang Lin e Mark Trodden construíram um modelo inspirado na cromodinâmica quântica, a teoria das interações nucleares fortes, no qual a densidade da energia escura e a massa da matéria escura variam em conjunto.^[1]

Outra proposta, publicada em janeiro na Physical Review D por uma equipe que inclui a cosmóloga Elsa Teixeira, da Universidade de Montpellier, sugere que a matéria escura teria cedido uma pequena fração de sua energia à energia escura em um período anterior da história cósmica. Como a matéria escura funciona como o principal freio da expansão, aliviar esse freio aceleraria o Universo.^[1]

O mesmo modelo oferece um alívio parcial para a chamada tensão de Hubble, uma das controvérsias mais persistentes da cosmologia. A taxa de expansão atual do Universo, a constante de Hubble, difere em cerca de 9% conforme seja estimada a partir da luz do Universo primordial ou de fenômenos recentes, como supernovas.^[1] No modelo padrão, os dois valores deveriam coincidir. Num Universo em que os componentes escuros interagem, a discrepância deixa de ser uma crise e passa a ser esperada.

A dimensão escura

A proposta mais ambiciosa vem da teoria das cordas, que descreve as partículas fundamentais como cordas vibrantes e exige seis ou sete dimensões espaciais além das três que conhecemos. Em geral, supõe-se que essas dimensões extras sejam minúsculas, próximas da escala de Planck, da ordem de 10^-35 metro. Em 2022, Miguel Montero, Cumrun Vafa e Irene Valenzuela propuseram que uma delas seria muito maior, com algo entre 1 e 10 mícrons.^[1][6] Batizaram-na de dimensão escura.

O mecanismo é engenhoso. Os grávitons, partículas hipotéticas que transmitem a gravidade, poderiam vazar para essa dimensão ampliada e, ao fazê-lo, adquirir massa. Esses “grávitons escuros” permaneceriam lá, mas seus efeitos gravitacionais seriam sentidos aqui, exatamente o papel atribuído à matéria escura.^[1][7] Trabalhos do grupo estimam que a massa típica dessas partículas hoje estaria entre 1 e 100 keV.^[7]

O elo com a energia escura surge quando se admite que o tamanho da dimensão escura muda com o tempo. Se ela varia, a intensidade da energia escura e a massa da matéria escura variam juntas. Em julho de 2025, Alek Bedroya (Princeton), Georges Obied (Chicago), Cumrun Vafa e David Wu (Harvard) mostraram que esse cenário é compatível com os dados do DESI.^[5] Segundo Obied, o modelo reproduz a mesma significância estatística da parametrização usada pelo próprio DESI, com a vantagem de explicar o comportamento fantasma aparente.^[6]

A previsão central é que tanto a energia escura quanto a massa da matéria escura diminuam com o tempo, a um ritmo proporcional à densidade da energia escura. Como essa densidade é extraordinariamente pequena, a mudança é lentíssima, o que ajudaria a explicar, nas palavras de Vafa reproduzidas pela Wired, por que foi preciso esperar praticamente toda a idade do Universo para detectar o efeito.^[1]

Se a energia escura enfraquece, a pergunta deixa de ser quanto ela vale e passa a ser com o que ela troca energia.

Como colocar a hipótese à prova

Uma teoria derivada das cordas só ganha peso científico quando produz previsões verificáveis, e esse é o ponto que mais anima o grupo de Vafa. Se a matéria escura estiver acoplada à energia escura, suas partículas interagiriam por uma nova força de longo alcance, distinta da gravidade, uma “quinta força” restrita ao setor escuro.^[6]

Um teste para esse tipo de força já existe desde 2006. Michael Kesden e Marc Kamionkowski analisaram encontros entre galáxias: se a matéria escura atraísse outra matéria escura com mais intensidade do que atrai matéria comum, uma cauda de maré peculiar, formada por estrelas, gás e poeira, surgiria atrás de uma das galáxias. Eles não encontraram o efeito e estabeleceram um limite máximo para a força extra. Esse limite é cerca de 20 vezes maior que o valor previsto pela equipe de Vafa, de modo que a previsão continua dentro do permitido pelas observações.^[1]

Há ainda um teste mais direto. Uma dimensão extra de alguns mícrons alteraria a lei da gravidade em distâncias muito curtas, algo que experimentos de laboratório investigam há anos. As análises do próprio grupo indicam que a dimensão escura não pode passar de cerca de 30 mícrons, o que deixa a faixa proposta perto do alcance de experimentos das próximas gerações.^[8]

O Brasil e a régua cósmica

O debate tem um endereço brasileiro. Na Serra do Urubu, em Aguiar, no sertão da Paraíba, está em montagem o radiotelescópio BINGO (Baryon Acoustic Oscillations from Integrated Neutral Gas Observations), estrutura de 40 metros desenvolvida pela Universidade Federal da Paraíba e pela Universidade de Yangzhou, na China, com conclusão prevista para 2026.^[13][14] A estrutura principal saiu da China em junho de 2025, e a construção é coordenada pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe).^[13][15]

O instrumento mede a mesma régua das oscilações acústicas de bárions que o DESI, mas por outro caminho: em vez de catalogar galáxias uma a uma em luz visível, capta ondas de rádio emitidas pelo hidrogênio neutro.^[14] Segundo o coordenador-geral do projeto, Elcio Abdalla, do Instituto de Física da USP, o foco está justamente no período, alguns bilhões de anos atrás, em que a energia escura passou a dominar a expansão.^[15] É a janela em que o DESI sugere ter havido o pico. O financiamento combina R$ 13 milhões da Fapesp e R$ 20 milhões do governo da Paraíba.^[14][15]

O valor científico de uma medição independente é difícil de exagerar. Se o sinal do DESI for produto de erros sistemáticos, como sustentam os críticos, um instrumento com técnica e fontes de erro diferentes tende a não reproduzi-lo. Se for real, o BINGO pode ajudar a confirmá-lo. O projeto também entrou no radar geopolítico: em março de 2026, um relatório do Congresso dos Estados Unidos levantou suspeitas sobre o uso do equipamento pela China, segundo o Jornal da Paraíba.^[14]

A participação brasileira não se limita ao BINGO. Desde o início da década de 2010, o Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA), sediado no Observatório Nacional, no Rio de Janeiro, articula a presença de pesquisadores do país em grandes levantamentos internacionais, como o Dark Energy Survey, o próprio DESI e o LSST do Observatório Vera Rubin, com contribuições concentradas em software e processamento de dados.^[16]

O que vem pela frente

Os próximos anos devem separar sinal de ruído. As análises dos cinco anos completos do DESI, os dados do telescópio espacial Euclid, da Agência Espacial Europeia, e as supernovas que o Observatório Vera Rubin começou a registrar em grande escala vão estreitar as margens de erro. Pelo lado teórico, a aposta de Obied, ex-orientando de Vafa, é que convém atacar o problema por várias frentes ao mesmo tempo, da cosmologia observacional à física de partículas e à teoria das cordas, e deixar que os dados arbitrem entre as possibilidades.^[1]

Se a energia escura de fato enfraquece, o modelo cosmológico que orientou a física desde o fim dos anos 1990 precisará de revisão. Se energia e matéria escuras forem duas faces de um mesmo fenômeno, a revisão será mais profunda: os 95% invisíveis do Universo deixariam de ser dois enigmas para se tornar um só.