Para quem observa o cosmos com atenção, o universo revela-se um lugar surpreendentemente obscuro. De acordo com estimativas atuais, aproximadamente 70 por cento do conteúdo do universo é composto por energia escura, uma força desconhecida que impulsa a expansão do espaço. Outros 25 por cento correspondem à matéria escura, um material misterioso que mantém as galáxias unidas.
No entanto, semanticamente falando, energia escura e matéria escura não são tanto "escuras" quanto invisíveis. Elas não emitem, não refletem e nem absorvem luz, tendo se mostrado até agora impossíveis de serem observadas diretamente.
De modo geral, a energia escura e a matéria escura são tratadas como entidades separadas, sendo sua elusividade o principal ponto em comum. Mas observações astronômicas recentes têm animado cientistas a explorar uma ideia menos convencional: que as duas estão, na verdade, fisicamente entrelaçadas.
Em 2024, a equipe de pesquisa conhecida como DESI,acrônimo para Instrumento Espectroscópico de Energia Escura, encontrou evidências de que a intensidade da energia escura, às vezes chamada de "constante cosmológica", havia perdido sua suposta constância. Um estudo de 2025, baseado em mais do que o dobro de dados, também concluiu que a energia escura estava mudando ao longo do tempo.
Esses resultados indicam que, após atingir um valor máximo há cerca de 2 bilhões de anos, a energia escura pode ter começado a enfraquecer. Porém, os resultados também sugerem que, em uma era anterior, a energia escura poderia ter se tornado mais intensa, desafiando aparentemente a lei de conservação de energia.
Pesquisadores descrevem isso como a energia escura entrando no "regime fantasma". Eles comparam a situação a uma bola subindo uma ladeira. É certamente possível, mas apenas se a bola estiver sob a influência de algo além da gravidade.
Uma fatia de um mapa tridimensional produzido pela equipe do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura mostra filamentos conectados de galáxias formando a estrutura do nosso universo.
Um número crescente de teóricos está investigando a possibilidade de que o que influencia a energia escura são seus vínculos com a matéria escura.
Embora os cientistas tenham assumido que energia escura e matéria escura "não têm nada a ver uma com a outra", disse Tim Tait, físico de partículas da Universidade da Califórnia em Irvine, "pode-se imaginar um caso em que uma influencie a outra. E não seria surpreendente se [elas] fossem manifestações de um tipo de teoria unificada do universo escuro".
A ideia de que energia escura e matéria escura interagem não é nova. Por exemplo, Justin Khoury, físico da Universidade da Pensilvânia, investigou essa perspectiva em 2005.
Khoury explicou que, naquele estudo, ele e dois coautores fizeram uma pergunta hipotética: poderia existir uma forma de energia escura cuja densidade de energia aumentasse ao longo do tempo? Ele e seus colaboradores descobriram que, se energia escura e matéria escura pudessem afetar uma à outra, poderiam produzir o que parecia ser (mas não era) comportamento fantasma. "É a maneira mais natural e simples de conseguir isso", afirmou Khoury.
Duas décadas depois, surgiu a descoberta do DESI de que a energia escura talvez esteja realmente mudando ao longo do tempo. O resultado inspirou Khoury e dois colegas da Pensilvânia, Meng-Xiang Lin e Mark Trodden, a construir um modelo de interações escuras baseado em um análogo do setor escuro da cromodinâmica quântica, uma teoria fundamental da física de partículas. No novo modelo, tanto a densidade de energia da energia escura quanto a massa da matéria escura mudam em conjunto.
Outro estudo recente imagina algo semelhante. De acordo com esse modelo, publicado em janeiro na revista Physical Review D, a matéria escura poderia ter transferido uma pequena fração de sua energia para a energia escura durante uma era anterior da história cósmica. "A matéria escura é o principal freio da expansão [do universo]", disse uma das autoras, Elsa Teixeira, cosmóloga da Universidade de Montpellier na França, portanto, aliviar esse freio teria causado a aceleração da expansão do universo.
Elsa Teixeira, cosmóloga da Universidade de Montpellier na França, investigou um modelo cosmológico em que energia escura e matéria escura interagem.
O aparecimento de comportamento fantasma é basicamente resultado de contabilidade, disse David Andriot, físico do CNRS, o Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica. "Qualquer mudança ou evolução da massa da matéria escura foi colocada na caixa da energia escura", disse Andriot, que apresentou seu próprio modelo acoplado de energia escura-matéria escura em maio de 2025.
Cumrun Vafa, físico da Universidade Harvard, concordou. "A noção de que se pode calcular a energia escura independentemente da matéria escura está errada", ele afirmou. "Essa suposição, frequentemente feita por cosmólogos e também seguida pela equipe do DESI, levou a um comportamento fantasma fisicamente inaceitável".
As descobertas do DESI não são a única razão para considerar uma associação entre energia escura e matéria escura. O estudo recente de Teixeira e colegas mostra como permitir que as duas interajam pode, pelo menos em alguns cenários, melhorar um dos problemas mais persistentes da cosmologia: a tensão de Hubble.
Em questão está a taxa atual de expansão do universo, conhecida como constante de Hubble. Seu valor pode ser medido usando luz do universo primordial, que fornece uma visão de como o cosmos estava crescendo em seus primeiros dias. Também pode ser medido recorrendo a fenômenos mais recentes, como estrelas explosivas chamadas supernovas, que revelam como o universo está crescendo agora.
Estudar a luz de supernovas como esta — o clarão de luz no canto inferior direito de uma imagem do Telescópio Espacial Hubble — pode nos informar sobre a taxa de expansão do universo.
De acordo com o modelo padrão da cosmologia, essa taxa de expansão deve ser a mesma não importando como se mede. Mas nos últimos anos, cientistas descobriram que a taxa de expansão do universo primordial e a do universo mais recente variam em aproximadamente 9 por cento.
Essa discrepância, ou tensão, "tem provocado debates acalorados na comunidade cosmológica sobre se essa diferença pode ser devido a erros sistemáticos ou se é um sinal de nova física", escreveram Teixeira e seus coautores. Seu modelo propõe que, em um mundo onde energia escura e matéria escura interagem, o que parecia ser uma crise causada por taxas de expansão distintas torna-se algo esperado.
Se a energia escura e a matéria escura de fato interagem, isso poderia significar que elas têm uma origem comum, disse Khoury.
O trabalho contínuo na teoria das cordas — a ideia de que nosso universo, em seu nível mais pequeno e fundamental, é composto por cordas vibratórias — sugere uma forma de esses conceitos estarem conectados. Em 2019, baseando-se na ideia da teoria das cordas de que a energia escura varia naturalmente, Vafa e dois colaboradores concluíram que a massa das partículas de matéria escura também pode variar ao longo do tempo. Isso os levou a propor, em 2022, que matéria escura e energia escura poderiam compartilhar uma ligação com uma chamada dimensão escura.
A teoria das cordas postula a existência de seis ou sete dimensões extras além de nossas familiares três dimensões de espaço e uma de tempo. Todas essas dimensões são pensadas como pequenas quanto fisicamente possível — próximas à escala de Planck (10^-35 metros) — mas os pesquisadores propuseram que a dimensão escura poderia ser significativamente maior que as outras — da ordem de um micrômetro (10^-6 metros).
Grávitons, partículas teóricas que transmitem a força da gravidade, poderiam vazar para essa dimensão escura ampliada. Se o fizessem, adquiririam massa e se tornariam os chamados grávitons escuros. Esses grávitons massivos residiriam na dimensão escura, mas seus efeitos gravitacionais poderiam ser sentidos em outras dimensões, permitindo-lhes cumprir o papel normalmente atribuído à matéria escura.
Cumrun Vafa, físico da Universidade Harvard, pensa que a massa da matéria escura pode variar ao longo do tempo.
Neste cenário, "há um acoplamento muito natural entre energia escura e matéria escura", disse Georges Obied, físico da Universidade de Chicago. Mudanças no tamanho da dimensão escura afetariam tanto a energia escura quanto a matéria escura.
Em um artigo de julho de 2025, Obied e Vafa, junto com Alek Bedroya de Princeton e David Wu de Harvard, descobriram que o cenário proposto em 2019 era consistente com os dados do DESI. Seu modelo prevê que a intensidade da energia escura e a massa da matéria escura diminuirão ao longo do tempo e que a taxa na qual a energia escura muda será proporcional à sua densidade de energia. Porque as medições astrofísicas nos dizem que a densidade de energia da energia escura é extraordinariamente pequena, "ela não mudará rapidamente", disse Vafa.
"Não é surpreendente que não tenhamos visto isso até agora", ele disse, porque a taxa de mudança é tão pequena. "Tivemos que esperar a idade inteira do universo para detectar algo tão pequeno."
Se a matéria escura está acoplada à energia escura, partículas de matéria escura poderiam interagir entre si através de uma nova força de longo alcance separada da gravidade. A boa notícia, disse Obied, é que "podem existir formas astrofísicas de testar isso".
Coincidentemente, dois físicos — Marc Kamionkowski, agora na Universidade Johns Hopkins, e Michael Kesden, agora na Universidade do Texas em Dallas — já haviam analisado um desses testes. Em um artigo publicado em 2006, eles imaginaram uma sequência de eventos em que duas galáxias se aproximam e a gravidade de uma galáxia puxa a outra. Se a matéria escura tem uma atração gravitacional mais forte para outra matéria escura do que para a matéria comum, um tipo especial de "cauda de maré" — uma corrente estendida de estrelas, gás e poeira — se formaria atrás de uma das galáxias.
Kesden e Kamionkowski procuraram esse efeito e não o encontraram, o que lhes permitiu estabelecer um limite superior para a possível intensidade da força atrativa extra. O limite superior era cerca de 20 vezes maior que o número proposto pela equipe de Vafa, então o valor previsto ficou bem dentro do limite observacional. "É interessante que agora estejamos encontrando conexões entre aquele trabalho bastante abstrato e o trabalho observacional e experimental", disse Kamionkowski.
O fato de uma previsão baseada em cálculos da teoria das cordas concordar aproximadamente com a evidência astrofísica não confirma a validade desses modelos "cordíveis". Mas qualquer correspondência entre a teoria das cordas e experimentos é gratificante para Vafa, que passou as últimas quatro décadas tentando tirar a teoria do reino puramente conceitual para o ponto de gerar previsões testáveis.
Obied, um dos ex-alunos de doutorado de Vafa, é movido pelo mesmo objetivo. Compreender a energia escura e a matéria escura e o relacionamento que podem compartilhar é um problema assustador, ele disse. "E acho que é muito benéfico abordar isso de diferentes maneiras" — seja da cosmologia observacional, da física de partículas ou da teoria das cordas.
"É assim que as pessoas deveriam fazer ciência", disse Obied. "Quero dizer, é trabalho dos físicos teóricos explorar tudo que é possível, colocar todas as possibilidades sobre a mesa. E eventualmente, os dados nos ajudarão a decidir."
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