O universo pode ser um grande looping
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O universo pode ser um grande looping

Qual a verdadeira forma do espaço?

Os primeiros dados da colaboração Planck mapeiam o fundo cósmico de microondas no céu.
(Imagem: © ESA e a colaboração Planck)

Tudo o que achamos que sabemos sobre a forma do universo pode estar errado. Em vez de ser plano como um lençol, nosso universo pode ser curvado, como um balão enorme e inflado, de acordo com um novo estudo.

Esse é o resultado de um novo artigo publicado hoje (4 de novembro) na revista Nature Astronomy , que analisa dados do fundo cósmico de microondas (CMB), o eco fraco do Big Bang. Mas nem todo mundo está convencido; as novas descobertas, baseadas em dados divulgados em 2018, contradizem os anos de sabedoria convencional e outro estudo recente baseado no mesmo conjunto de dados da CMB.

Se o universo é curvado, de acordo com o novo artigo, ele curva suavemente. Essa flexão lenta não é importante para se movimentar em nossas vidas, ou sistema solar, ou mesmo em nossa galáxia. Mas viaje além de tudo isso, fora de nossa vizinhança galáctica, até a escuridão profunda e, eventualmente – movendo-se em uma linha reta -, você contornará e terminará de volta onde começou. Os cosmologistas chamam essa idéia de “universo fechado”. Já existe há algum tempo, mas não se encaixa nas teorias existentes de como o universo funciona. Por isso, foi amplamente rejeitado em favor de um “universo plano” que se estende sem limites em todas as direções e não se volta para si próprio.

A diferença entre um universo fechado e aberto é um pouco semelhante à diferença entre uma folha plana esticada e um balão inflado, disse Melchiorri à Live Science. Em ambos os casos, a coisa toda está se expandindo. Quando a folha se expande, cada ponto se afasta de todos os outros pontos em uma linha reta. Quando o balão é inflado, cada ponto em sua superfície fica mais longe de todos os outros pontos, mas a curvatura do balão faz com que a geometria do que o movimento mais complicado.

“Isso significa, por exemplo, que se você tem dois fótons e eles viajam paralelamente em um universo fechado, eles acabarão se encontrando”, disse Melchiorri.

Em um universo aberto e plano, os fótons, deixados intactos, viajariam ao longo de seus cursos paralelos sem nunca interagir.

O modelo convencional da inflação do universo, disse Melchiorri, sugere que o universo deve ser plano. Rebobine a expansão do espaço até o início, nos primeiros 0,00000000000000000000000000001 segundos após o Big Bang, de acordo com esse modelo, e você verá um momento de incrível expansão exponencial à medida que o espaço cresceu a partir daquele ponto infinitesimal em que começasse. E a física dessa expansão super rápida aponta para um universo plano. Essa é a primeira razão pela qual a maioria dos especialistas acredita que o universo é plano, disse ele. Se o universo não é plano, é preciso “ajustar” a física desse mecanismo primordial para que tudo se encaixe – e refazer inúmeros outros cálculos no processo, disse Melchiorri.

Mas isso pode acabar sendo necessário, escreveram os autores no novo estudo.

Isso ocorre porque há uma anomalia no CMB. O CMB é a coisa mais antiga que vemos no universo, feita de luz ambiente de micro-ondas que ocupa todo o espaço quando você bloqueia as estrelas, galáxias e outras interferências. É uma das fontes mais importantes de dados sobre a história e o comportamento do universo, porque é muito antiga e está espalhada pelo espaço. E, de acordo com os dados mais recentes, há significativamente mais “lentes gravitacionais” do CMB do que o esperado – o que significa que a gravidade parece estar dobrando as microondas do CMB mais do que a física existente pode explicar.

Os dados que a equipe está utilizando vêm de uma versão de 2018 do experimento Planck – um experimento da Agência Espacial Europeia (ESA) para mapear o CMB com mais detalhes do que nunca. (Os novos dados serão publicados na próxima edição da revista Astronomy & Astrophysics e estão disponíveis agora no site da ESA. Tanto Di Valentino quanto Melchiorri também fizeram parte desse esforço.)

Para explicar essas lentes extras, a Planck Collaboration acaba de usar uma variável extra, que os cientistas estão chamando de “A_lens”, para o modelo de formação do universo do grupo: “Isso é algo que você coloca lá à mão, tentando explicar o que você vê. Não há conexão com a física “, disse Melchiorri, o que significa que não há parâmetro A_lens na teoria da relatividade de Einstein. “O que descobrimos é que você pode explicar A_lens com um universo positivamente curvado, que é uma interpretação muito mais física que você pode explicar com a relatividade geral”.

Melchiorri apontou que a interpretação de sua equipe não é conclusiva. De acordo com os cálculos do grupo, os dados de Planck apontam para um universo fechado com um desvio padrão de 3,5 sigma (uma medida estatística que significa cerca de 99,8% de confiança de que o resultado não é devido ao acaso). Isso é muito aquém do que os físicos padrão do 5 sigma geralmente procuram antes de confirmar uma idéia.

Mas alguns cosmólogos disseram que havia ainda mais razões para ser cético.

Andrei Linde, cosmologista da Universidade de Stanford, disse à Live Science que o artigo da Nature Astronomy não levou em conta outro artigo importante, publicado no banco de dados arXiv em 1º de outubro. (Esse artigo ainda não foi publicado em uma revista revisada por pares. )

Nesse artigo, os cosmólogos da Universidade de Cambridge George Efstathiou e Steven Gratton, que também trabalharam na Planck Collaboration, analisaram um subconjunto mais restrito de dados do que o artigo da Nature Astronomy. Sua análise também apoiou um universo em curva, mas com muito menos confiança estatística do que Di Valentino, Melchiorri e Silk descobriram examinar um segmento maior dos dados de Planck. No entanto, quando Efstathiou e Graton analisaram os dados juntamente com outros dois conjuntos de dados existentes do universo primitivo, descobriram que, no geral, as evidências apontavam para um universo plano.

Questionado sobre o artigo de Efstathiou e Gratton, Melchiorri elogiou o tratamento cuidadoso do trabalho. Mas ele disse que a análise da dupla depende de um segmento muito pequeno dos dados de Planck. E ele ressaltou que a pesquisa deles é baseada em uma versão modificada (e, em teoria, aprimorada) dos dados de Planck – não no conjunto de dados públicos que mais de 600 físicos examinaram.

Linde apontou para essa reanálise como um sinal de que o artigo de Efstathiou e Gratton se baseava em melhores métodos.

Efstathiou pediu para não ser citado diretamente, mas apontou em um e-mail para a Live Science que se o universo fosse curvado, isso suscitaria vários problemas – contradizendo os outros conjuntos de dados do universo primitivo e discrepando a taxa observada de universo. expansão muito pior. Gratton disse que concordou.

Melchiorri também concordou que o modelo do universo fechado levantaria uma série de problemas para a física. 

“Não quero dizer que acredito em um universo fechado”, disse ele. “Sou um pouco mais neutro. Eu diria, vamos aguardar os dados e o que os novos dados dirão. O que acredito é que há uma discrepância agora, que precisamos ter cuidado e tentar descobrir o que é isso.” produzindo essa discrepância “.

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