Entre supernovas, energia escura e ondas gravitacionais, o estudante procura pistas que ajudem a esclarecer um dos maiores enigmas da cosmologia moderna.
O Universo está a expandir‑se mais depressa do que o previsto e ninguém sabe porquê. A discrepância entre o que os telescópios medem e o que as teorias preveem, conhecida como “tensão de Hubble”, tornou‑se num dos maiores enigmas da física contemporânea. É neste território de perguntas difíceis que trabalha Miguel Barroso Varela, estudante de doutoramento em Física da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto (FCUP).
“Quando um modelo não descreve 100% das observações, é aí que pode estar a física interessante”, diz, entusiasmado. Essa curiosidade já lhe valeu várias publicações em revistas de prestígio na área da cosmologia, como a Physical Review D, Journal of Cosmology and Astroparticle Physics e a Physics of the Dark Universe.
Miguel não cresceu a sonhar com física teórica. “Não diria que gostava particularmente de física até meio do secundário”, recorda. Foi o seu professor de Físico‑Química, Carlos Azevedo, que o fez mudar de ideias.
Quis aprender num ambiente internacional e ingressou no Imperial College London, onde terminou entre os três melhores do curso. É aqui que surge a sua paixão pela cosmologia e o seu interesse pelas teorias alternativas da gravidade, depois de trabalhar lado a lado com Claudia de Rham, cientista de topo no domínio da física teórica. E esta experiência definiu o rumo que hoje segue no doutoramento, sob orientação do docente da FCUP, Orfeu Bertolami.
Explicar o ritmo de expansão do Universo
Uma parte central da sua investigação passa pela interpretação de dados de duas “réguas” cósmicas: as supernovas e as oscilações acústicas de bariões. As supernovas “são explosões estelares muito constantes e certas, das quais nós tiramos propriedades que nos permitem comparar medições”, explica.
Já as oscilações acústicas de bariões são ondulações do Universo primordial que congelaram com um tamanho específico. “Nós sabemos qual devia ser o tamanho destas oscilações. Quando as medimos hoje e vemos um valor diferente, essa diferença está diretamente ligada ao ritmo de expansão do Universo”, resume o doutorando.
Supernova. Foto: DR
A partir daí, Miguel Barroso Varela e o professor Orfeu procuraram superar a “tensão de Hubble” e fazer a teoria coincidir com as medições. Segundo o estudante, o modelo atualmente usado para explicar a expansão do Universo, ΛCDM, “funciona muito bem, mas pequenas modificações conseguem coincidir melhor com os dados e corrigir diferenças observacionais para as quais o modelo padrão não tem explicação”. Foi essa intuição que guiou o seu primeiro artigo publicado no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics: “Criámos um modelo através de uma modificação da gravidade que podia ter o efeito certo. E quisemos ver até onde ele podia ir.”
A curiosidade levou-o a explorar a expansão geral do Universo à luz do modelo modificado. A teoria atual, ΛCDM, assume que a energia escura, a força misteriosa que acelera a expansão do Universo, é constante. “Num trabalho recente, em colaboração com investigadores do Laboratori Nazionali di Frascati em Itália, descobrimos que o nosso modelo pode, também, explicar os indícios que surgiram nos últimos anos e que indicam que a energia escura pode ser dinâmica”, adianta o investigador.
Em busca de uma explicação para o começo do Universo
Miguel abriu, assim, uma nova linha de investigação no seu doutoramento: o estudo do Universo primordial. No terceiro artigo em revistas de topo, Miguel estudou as ondas gravitacionais, uma espécie de eco com mensagens do início do Universo, para prever que sinais o modelo alternativo deixaria no espaço‑tempo. Para Miguel, estas ondas são capazes de revelar fenómenos impossíveis de observar diretamente. “O que fizemos foi criar previsões teóricas: que sinais esperar, caso o modelo novo esteja correto. Daí podemos tentar aceitar ou refutar a teoria, consoante se encontre – ou não – os sinais que previmos”.
É neste contexto que surge a sua colaboração mais recente com a cosmóloga norte‑americana Katherine Freese, diretora do Weinberg Institute e referência no estudo da matéria e energia escuras, com quem estuda a chamada Chain Inflation. “A teoria baseia-se numa expansão acelerada por fases. A ideia é que o Universo dava pequenos saltos sucessivos que deixam marcas – nas ondas gravitacionais, por exemplo –, que procuramos hoje”, explica.
Ao mesmo tempo que aprofunda estas questões fundamentais, Miguel, que realiza a sua investigação no Centro de Física do Porto, pensa também no papel que quer ter dentro da própria comunidade científica. “Dar aulas entusiasma‑me. É uma forma de devolver aquilo que me foi dado”, partilha.
Sonhos em expansão
Miguel imagina um futuro em que investiga e ensina com o entusiasmo que sempre o acompanhou, procurando a estabilidade que lhe permita manter estas duas dimensões lado a lado.
Olhando para a física, vê nas ondas gravitacionais uma das vias mais promissoras para revelar novos modelos e teorias. “Seria incrível fazer parte desse avanço”, admite. Mas o futuro da ciência, acredita, depende também das ligações que a comunidade constrói. Por isso, gostaria de ver a física portuguesa mais ligada ao exterior, aproveitando melhor a dinâmica europeia e aprendendo com quem tem mais tradição e financiamento.
No fundo, o futuro que imagina é claro: “Investigar, ensinar e ajudar a criar uma ciência mais aberta e colaborativa”.