Notícias

Universo pode ser curvo, aponta novo estudo

Teoria do “Universo fechado”, que descreve o espaço como um balão em expansão, ganhou forças com nova análise de dados. Mas não convenceu a todos.

A radiação cósmica de fundo em micro-ondas, vista pelo satélite Planck da Agência Espacial Européia. Crédito: ESA/Planck Collaboration

Tudo o que achamos que sabemos sobre o formato 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.

Essa é a conclusão de um novo artigo publicado em 4 de novembro na revista Nature Astronomy, que analisa dados da chamada radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB), um fraco eco proveniente do Big Bang. Mas nem todos ficaram convencidos com a pesquisa; as novas descobertas, baseadas em dados divulgados em 2018, contradizem anos de conhecimentos convencionais, além de outro estudo recente baseado no mesmo conjunto de dados relacionados à CMB.

Se o Universo de fato é curvado, essa curva é suave, de acordo com o novo artigo. A curvatura não seria importante a ponto de afetar nossas vidas na Terra, no Sistema Solar, ou mesmo em nossa galáxia. Mas, se viajarmos para além de nossa vizinhança galáctica em direção a escuridão profunda, movendo-se em uma linha reta, eventualmente acabaremos de volta onde começamos. Os cosmólogos chamam essa ideia de “Universo fechado”. Ela já existe há algum tempo, mas não se encaixa nas teorias atualmente existentes sobre como o Universo funciona. Por isso, foi amplamente rejeitada em prol de um “Universo plano”, que se estende sem limites em todas as direções e não gira em torno de si mesmo. 

Agora, uma anomalia nos dados da melhor medição já feita da CMB oferece evidências sólidas (mas não absolutamente conclusivas) de que o Universo é, afinal, fechado, de acordo com os autores, os cosmólogos Eleonora Di Valentino, da Universidade de Manchester, Alessandro Melchiorri, da Universidade Sapienza de Roma e Joseph Silk, da Universidade Johns Hopkins.

A diferença entre um Universo fechado e um aberto é parecida com a diferença entre uma folha plana esticada e um balão inflado, diz Melchiorri. Em ambos os casos, tudo está em expansão. Quando a folha se expande, cada ponto se afasta de todos os outros pontos em uma linha reta. Quando o balão é inflado, todos os pontos de sua superfície se afastam de todos os outros pontos, mas a curvatura do balão torna a geometria desse movimento mais complicada.

“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, sem perturbações externas, viajariam ao longo de seus caminhos paralelos sem nunca interagir.

O modelo convencional da inflação do espaço, diz Melchiorri, sugere que o Universo deve ser plano. Se voltássemos a expansão do espaço até o começo, nos primeiros 0,00000000000000000000000000001 segundos após o Big Bang, veríamos um momento de incrível expansão exponencial à medida que o espaço cresceu partindo do ponto infinitesimal em que começou, de acordo com o modelo tradicional. E a física dessa expansão super rápida aponta para um Universo plano. Essa é a principal razão pela qual a maioria dos especialistas acredita que o Universo é plano, explicou o cosmólogo. Se o Universo não fosse plano, seria preciso “ajustar” a física desse mecanismo primordial para que tudo se encaixasse — e refazer inúmeros outros cálculos no processo, diz Melchiorri.

E isso pode acabar sendo necessário, segundo os autores do novo estudo.

Isso porque há uma anomalia na CMB. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas é a coisa mais antiga que observamos no Universo, feita de luz ambiente de micro-ondas que ocupa todo o espaço, se desconsideradas interferências como a de estrelas e galáxias. É uma das fontes mais importantes de dados sobre a história e o comportamento do Universo, porque é muito antiga e está espalhada por todo espaço. E, de acordo com os dados mais recentes, há significativamente mais “lentes gravitacionais” da CMB do que o esperado — o que significa que a gravidade parece estar dobrando as microondas da CMB mais do que a física existente pode explicar.

Os dados que a equipe utilizou são provenientes de uma versão de 2018 do experimento Planck — um experimento da Agência Espacial Europeia (ESA) para mapear a CMB com um nível inédito de detalhamento. (Os novos dados serão publicados na próxima edição da revista Astronomy & Astrophysics e já estão disponíveis no site da ESA. Tanto Di Valentino quanto Melchiorri também fizeram parte desse trabalho.)

Para explicar essas lentes extras, a Planck Collaboration, responsável pelo experimento Planck, acabou de adicionar uma variável extra em seu modelo de formação do universo — variável que os cientistas estão chamando de “A_lens”. “Isso é algo que foi colocado à mão no modelo, tentando explicar algo que não se vê. Não há conexão com a física “, critica Melchiorri, argumentando que não há parâmetros de A_lens na teoria da relatividade de Einstein.” O que descobrimos é que se pode explicar a A_lens empregando um Universo curvo, o que é uma interpretação muito mais física, e que pode ser explicada com a relatividade geral”.

Melchiorri aponta que a interpretação de sua equipe não é conclusiva. De acordo com os cálculos do grupo, os dados do Planck indicam um Universo fechado com um desvio padrão de 3,5 sigma (uma medida estatística que representa cerca de 99,8% de confiança de que o resultado não é por acaso). Isso é bem distante dos 5 sigma geralmente esperados por físicos tradicionais antes de confirmar uma ideia.

Mas alguns cosmólogos dizem que há ainda mais razões para ser cético.

Andrei Linde, pesquisador da Universidade de Stanford, diz que o artigo publicado na Nature Astronomy não levou em conta outro artigo importante, publicado no banco de dados arXiv em 1º de outubro. Esse artigo, no entanto, ainda não foi publicado em uma revista revisada por pares. 

Nesse estudo, os cosmólogos da Universidade de Cambridge George Efstathiou e Steven Gratton, que também trabalharam no experimento de Planck, analisaram um subconjunto de dados mais restrito do que o conjunto usado no artigo da Nature Astronomy. A análise dos pesquisadores também apontou para um Universo em curva, mas com muito menos confiança estatística do que a análise do conjunto maior de dados feita por Di Valentino, Melchiorri e Silk. No entanto, quando Efstathiou e Graton examinaram os dados juntamente com outros dois conjuntos de dados existentes do Universo primitivo, eles 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 se baseia em um segmento muito pequeno dos dados do experimento Planck. E ressaltou que a pesquisa deles é baseada em uma versão modificada (e, em teoria, aprimorada) dos dados — e não no conjunto de dados públicos examinado por mais de 600 físicos.

Linde apontou essa reanálise como um sinal de que o artigo de Efstathiou e Gratton foi baseado em métodos melhores.

Efstathiou pediu para não ser citado diretamente, mas, em um e-mail para a Live Science, disse que se o Universo de fato fosse curvado, haveria vários problemas — como a contradição com esses outros conjuntos de dados do Universo primitivo e o aumento na discrepância da taxa de expansão observada do Universo. Gratton disse que concorda com esses argumentos.

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

“Não quero dizer que acredito em um Universo fechado”, diz ele. “Eu sou um pouco mais neutro. Eu diria: vamos esperar pelos dados e ver o que os novos dados dirão. O que eu acredito é que existe uma discrepância agora, que precisamos ter cuidado e tentar descobrir o que está produzindo essa discrepância”.

Rafi Letzter

Publicado originalmente no site LIVESCIENCE.com.