25/05/2022 - 7:59
Novas pesquisas sugerem que um “mundo-espelho” invisível de partículas que interagem com o nosso mundo apenas por meio da gravidade pode ser a chave para resolver um grande quebra-cabeça na cosmologia atual: o problema da constante de Hubble.
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A constante de Hubble é a taxa de expansão do universo hoje. As previsões para essa taxa – do modelo padrão da cosmologia – são significativamente mais lentas do que a taxa encontrada por nossas medições locais mais precisas. Essa discrepância é uma que muitos cosmólogos têm tentado resolver mudando nosso modelo cosmológico atual. O desafio é fazer isso sem arruinar o acordo entre as previsões do modelo padrão e muitos outros fenômenos cosmológicos, como o fundo cósmico de micro-ondas.
Determinar se tal cenário cosmológico existe é a questão que pesquisadores, incluindo Francis-Yan Cyr-Racine, professor assistente do Departamento de Física e Astronomia da Universidade do Novo México, e Fei Ge e Lloyd Knox, da Universidade da Califórnia em Davis (ambas nos EUA), vêm tentando responder. Sua recente pesquisa sobre o tema foi publicada na revista Physical Review Letters.
Do nascimento à morte do universo
Segundo a Nasa, cosmologia é o estudo científico das propriedades em larga escala do universo como um todo. Os cosmólogos estudam conceitos como matéria escura e energia escura e se existe um universo ou muitos, às vezes chamados de multiverso. A cosmologia envolve todo o universo, desde o nascimento até a morte, com mistérios e intrigas a cada passo.
Cyr-Racine, Ge e Knox descobriram uma propriedade matemática anteriormente despercebida dos modelos cosmológicos que poderia, em princípio, permitir uma taxa de expansão mais rápida, enquanto dificilmente alterava as outras previsões testadas com mais precisão do modelo cosmológico padrão. Eles descobriram que uma escala uniforme das taxas de queda livre gravitacional e taxa de dispersão de fóton-elétron deixa a maioria dos fatores observáveis cosmológicos adimensionais quase constantes.
“Basicamente, apontamos que muitas das observações que fazemos em cosmologia têm uma simetria inerente ao redimensionar o universo como um todo. Isso pode fornecer uma maneira de entender por que parece haver uma discrepância entre as diferentes medições da taxa de expansão do universo.”
Este resultado abre uma nova abordagem para reconciliar observações de fundo cósmico em micro-ondas e estruturas em larga escala com altos valores da constante de Hubble: encontre um modelo cosmológico no qual a transformação de escala possa ser realizada sem violar quaisquer medidas de quantidades não protegidas pela simetria. Esse trabalho abriu um novo caminho para resolver o que provou ser um problema desafiador. A construção de modelos adicionais pode trazer consistência com as duas restrições ainda não satisfeitas: as abundâncias primordiais inferidas de deutério (forma mais pesada do hidrogênio) e hélio.
Impacto gravitacional
Se o universo está de alguma forma explorando essa simetria, os pesquisadores são levados a uma conclusão extremamente interessante: que existe um universo-espelho muito semelhante ao nosso, mas invisível para nós, exceto pelo impacto gravitacional em nosso mundo. Esse setor escuro do “mundo-espelho” permitiria uma escala efetiva das taxas de queda livre gravitacional, respeitando a densidade média de fótons medida com precisão hoje.
“Na prática, essa simetria de escala só poderia ser realizada incluindo um mundo-espelho no modelo – um universo paralelo com novas partículas que são todas cópias de partículas conhecidas”, disse Cyr-Racine. “A ideia do mundo-espelho surgiu pela primeira vez na década de 1990, mas não foi reconhecida anteriormente como uma solução potencial para o problema da constante de Hubble.
“Isso pode parecer loucura, mas esses mundos-espelho têm uma grande literatura na física em um contexto completamente diferente, pois podem ajudar a resolver problemas importantes na física de partículas”, prosseguiu Cyr-Racine. “Nosso trabalho nos permite vincular, pela primeira vez, essa grande literatura a um importante problema em cosmologia.”
Erros de medição
Além de procurarem ingredientes ausentes em nosso modelo cosmológico atual, os pesquisadores também estão se perguntando se essa discrepância da constante de Hubble pode ser causada em parte por erros de medição. Embora isso continue a ser uma possibilidade, é importante notar que a discrepância se tornou cada vez mais significativa à medida que dados de maior qualidade foram incluídos nas análises, sugerindo que os dados podem não estar errados.
“[A discrepância] Passou de 2,5 Sigma para 3 e de 3,5 para 4 Sigma. Até agora, estamos praticamente no nível 5 Sigma”, disse Cyr-Racine. “Esse é o número-chave que torna isso um problema real porque você tem duas medidas da mesma coisa – se você tem uma imagem consistente do universo ela deveria ser completamente consistente uma com a outra, mas elas diferem em uma quantidade muito significativa estatisticamente.”
“Essa é a premissa aqui e estamos pensando sobre o que poderia estar causando isso e por que essas medidas são discrepantes? Então, esse é um grande problema para a cosmologia. Nós simplesmente não parecemos entender o que o universo está fazendo hoje.”
