Pesquisa da Unesp publicada em Results in Physics aborda a expansão do Universo, redshift, energia escura, entropia, efeito barocalórico e transição de fase.
A área de estudo que abrange a relação entre o calor, o trabalho e as propriedades dos sistemas físicos é conhecida como termodinâmica. Desde a proposição da expansão do Universo, esse ramo da física tem sido fundamental para compreender o funcionamento do cosmos, assim como as leis que regem o comportamento das partículas em diferentes condições.
O avanço das investigações termodinâmicas nos últimos anos tem ampliado nosso entendimento sobre a dinâmica dos sistemas naturais. O estudo termodinâmico das galáxias distantes e sua interação com o entorno cósmico têm revelado informações valiosas para decifrar os mistérios do universo em expansão, fazendo uso das leis estabelecidas pelos pioneiros Georges Lemaître e Edwin Hubble.
Expansão do Universo e a Descoberta da Energia Escura
Tal comprovação foi dada pelo redshift (desvio para o vermelho) do espectro da radiação eletromagnética recebida desses objetos distantes. Em 1998, um novo e inesperado fator foi adicionado ao modelo.
Um grupo de observações de supernovas distantes, conduzidas pelo Projeto Cosmologia de Supernovas e pela Equipe de Busca por Supernovas de Alto-Z, indicou que a expansão do Universo estava acelerando – em vez de ser retardada por efeitos gravitacionais como se pensava.
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Essa descoberta levou ao conceito de energia escura, que é supostamente responsável por mais de 68% da energia total do Universo observável atual, enquanto que a matéria escura e a matéria comum contribuem com cerca de 26% e 5%, respectivamente.
A Importância da Termodinâmica na Expansão do Universo
Medições de redshift indicam uma expansão acelerada adiabática e anisotrópica, como explica Mariano de Souza, professor do Departamento de Física da Unesp. Ele destaca que conceitos fundamentais de termodinâmica permitem inferir que toda expansão adiabática resulta em um resfriamento, no chamado efeito barocalórico quantificado pela razão de Grüneisen.
Em 1908, o físico Eduard August Grüneisen propôs uma equação matemática para o parâmetro de Grüneisen efetivo, relacionando propriedades físicas de um material. Quase um século depois, Lijun Zhu e colaboradores mostraram que a razão de Grüneisen aumenta nas proximidades de um ponto crítico quântico devido ao acúmulo de entropia.
Em 2010, Souza e colegas demonstraram o mesmo para um ponto crítico a temperatura finita, utilizando o parâmetro de Grüneisen para descrever aspectos complexos da expansão do Universo.
Termodinâmica e a Mudança de Fase na Expansão do Universo
Associando a dinâmica da expansão do Universo a um modelo de fluído perfeito, Souza explica que a identificação de ω com o parâmetro de Grüneisen efetivo é um dos resultados importantes do trabalho. Os pesquisadores demonstraram que o resfriamento contínuo do Universo está ligado a um efeito barocalórico devido à expansão adiabática.
Além disso, sugerem que a mudança de um regime de expansão desacelerada para acelerada assemelha-se a uma transição de fase termodinâmica, indicando que o parâmetro de Grüneisen está relacionado ao tensor de stress energia-momento nas equações de campo de Einstein.
Investigações Recentes Sobre a Expansão do Universo
A hipótese do Big Rip, surgida em 2003, sugere que a energia escura pode acelerar a expansão do Universo a um ponto onde ocorra uma ruptura no espaço-tempo. Sob a ótica do parâmetro de Grüneisen, conjectura-se que a transição de regime de expansão desacelerada para acelerada se assemelha a uma transição de fase.
Com a energia escura associada à constante cosmológica Λ, há modelos que consideram sua variação no tempo. Reconhecendo ω como o parâmetro de Grüneisen efetivo, é possível inferir uma dependência temporal de Λ ou da constante universal de gravitação à medida que o Universo se expande.
Termodinâmica e Física da Matéria Condensada na Interpretação da Expansão do Universo
O estudo realizado pelos pesquisadores da Unesp abre novas possibilidades de interpretação da expansão do Universo utilizando conceitos de termodinâmica e física da matéria condensada. Essa abordagem promete desdobramentos significativos no campo da cosmologia e da física teórica.
Fonte: © CNN Brasil
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