Descoberta de energia escura e constante cosmológica por cientistas da Unesp, publicada na revista Results in Physics.Tensor de stress energia-momento em estado sólido.
O estudo da termodinâmica tem sido fundamental para o entendimento de diversos fenômenos físicos. Através das leis da termodinâmica, é possível analisar como a energia se transforma e se transfere entre os sistemas, permitindo a previsão de comportamentos em diferentes situações. A constante busca por avanços na área da termodinâmica tem impulsionado os estudos e pesquisas científicas em todo o mundo.
Um dos conceitos mais importantes da termodinâmica é o de trabalho. O trabalho realizado por um sistema termodinâmico pode ser essencial para compreender a energia envolvida em diferentes processos. Além disso, a aplicação dos conceitos da termodinâmica em áreas como a engenharia e a física tem contribuído significativamente para o desenvolvimento de novas tecnologias e inovações. A constante evolução das pesquisas em termodinâmica tem possibilitado a descoberta de novos fenômenos e aprimoramentos nos sistemas de energia.
Novas descobertas na termodinâmica e energia escura
Essa afirmação foi validada pelo desvio para o vermelho (redshift) do espectro da radiação eletromagnética recebida desses distantes objetos celestes. Em 1998, um elemento surpreendente e novo foi introduzido ao modelo.
Uma série de observações de supernovas distantes, conduzidas pelo Supernova Cosmology Project e High-Z Supernova Search Team, revelou que a expansão do Universo estava acelerando, ao contrário do que se esperava, não sendo desacelerada pela gravidade como se pensava inicialmente.
Estudo da termodinâmica na expansão do Universo
Esse achado levou à concepção da energia escura, que é pensada para contribuir com mais de 68% da energia total presente no Universo observável hoje, enquanto a matéria escura e a comum constituem aproximadamente 26% e 5%.
Medições de redshift indicam uma expansão acelerada e anisotrópica, ou seja, que não é uniforme em todas as direções, em um processo adiabático, isto é, sem trocas de calor. O professor do Departamento de Física da Unesp, campus de Rio Claro, Mariano de Souza, destaca que ‘conceitos fundamentais da termodinâmica implicam que toda expansão adiabática está associada a um resfriamento, conhecido como efeito barocalórico, que é determinado pela razão de Grüneisen.’
O termo ‘razão de Grüneisen’ pode ser rastreado até o físico alemão Eduard August Grüneisen (1877-1949) em 1908, que propôs uma equação matemática envolvendo o parâmetro de Grüneisen efetivo, Γeff, relacionando propriedades de um material como o coeficiente de expansão térmica, calor específico e compressibilidade isotérmica.
Aplicações da termodinâmica na astrofísica
No século seguinte, em 2003, Lijun Zhu e colegas demonstraram que a parte singular de Γeff, chamada razão de Grüneisen, apresenta um aumento significativo nas proximidades de um ponto crítico quântico, devido ao acúmulo de entropia. Em um estudo recente, publicado na revista científica Results in Physics, pesquisadores da Unesp liderados por Souza usaram o parâmetro de Grüneisen para analisar aspectos complexos da expansão no Universo.
Os cientistas demonstraram que o resfriamento contínuo do Universo está correlacionado a um efeito barocalórico, que relaciona a pressão e temperatura, devido à expansão adiabática. Sob essa visão, sugeriram que, na era controlada pela energia escura, o parâmetro de Grüneisen evolui com o tempo.
Aspectos da energia escura na expansão cósmica
Uma abordagem interessante deste estudo é a aplicação de conceitos da termodinâmica e da física do estado sólido, como stress e deformação, para descrever a expansão anisotrópica do Universo. ‘Identificamos que o parâmetro de Grüneisen está intrinsecamente ligado ao tensor de stress energia-momento presente nas equações de campo de Einstein, o que oferece uma nova forma de investigar efeitos anisotrópicos relacionados à expansão do Universo’, afirma Souza.
Esses resultados não descartam a possibilidade de um Big Rip, uma teoria apresentada em 2003 que sugere que um aumento excessivo da energia escura poderia causar uma ruptura no espaço-tempo. Além disso, a mudança na expansão do Universo de desacelerada para acelerada é comparada a uma transição de fase termodinâmica, sustentada pela interpretação do parâmetro de Grüneisen.
Implicações futuras na compreensão da expansão cósmica
A energia escura foi ligada à constante cosmológica Λ, que foi primeiramente sugerida e posteriormente rejeitada por Einstein. Modelos atuais, como o Λ-CMD, atribuem um valor fixo à constante cosmológica. No entanto, considerar Λ como parte do parâmetro de Grüneisen efetivo implica em uma dependência temporal da constante λ à medida que o Universo evolui sob a era da energia escura.
Este estudo abre novas possibilidades para interpretar a expansão do Universo sob a ótica da termodinâmica e da física da matéria condensada, podendo resultar em desdobramentos significativos para a astrofísica.
Fonte: © CNN Brasil
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