27/03/2023 - 19:04
A teoria da relatividade geral permite que o universo assuma uma das três formas: plano como uma folha de papel, fechado como uma esfera ou aberto como uma sela. “A forma do universo nos fala sobre seu passado e seu futuro”, afirmou o cosmólogo David Spergel. Se o universo se expandirá para sempre ou eventualmente entrará em colapso, e se é finito ou infinito, todas são questões que se relacionam com sua forma.
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Para resolver essa questão, considerar sua composição é muito importante. A estrutura do universo depende de apenas dois fatores: sua densidade e sua taxa de expansão. Aproximadamente 68% do universo é energia escura e 27% é matéria escura. O restante é matéria normal, que representa planetas, estrelas e outros corpos. A densidade do universo refere-se a quanto dessa matéria é compactada em um determinado volume de espaço.
Se a densidade do universo for grande o suficiente para que sua gravidade supere a força de expansão, o universo se enrolará em uma bola. Isso é conhecido como modelo fechado, com curvatura positiva semelhante a uma esfera. Uma propriedade incompreensível deste universo é que ele é finito, mas não tem limites.
Por outro lado, se a densidade do universo for baixa e incapaz de interromper a expansão, o espaço se deformará na direção oposta. Isso formaria um universo aberto com curvatura negativa semelhante a uma sela.
Há também um terceiro cenário para o universo, que, segundo os cientistas, parece ser o mais plausível. A maioria das evidências cosmológicas aponta para a densidade do universo como sendo equivalente a cerca de seis prótons por 1,3 jarda cúbica, e que ela se expande em todas as direções sem se curvar positiva ou negativamente.
Em outras palavras, o universo é plano. Imagine que em um universo plano, dois foguetes voando um ao lado do outro sempre permanecerão paralelos. Isso é diferente de um universo fechado, no qual os caminhos desses dois foguetes irão divergir, caminhar ao longo da curvatura do espaço e, eventualmente, dar uma volta para encontrar onde começaram. E em um universo aberto, curvado negativamente, os foguetes se separarão e nunca mais se cruzarão.
As melhores pistas para a forma do universo estão embutidas na radiação cósmica de fundo (RCF), o brilho residual do Big Bang que irradia em nossa direção de todas as direções. Nas últimas décadas, os cientistas mediram repetidamente as flutuações de temperatura no RCF, essencialmente realizando trigonometria na maior escala possível, e não encontraram quase nenhuma curvatura.
Um universo plano é uma peça-chave do modelo cosmológico padrão, também conhecido como modelo de matéria escura fria Lambda (ΛCDM). Mas, no final de 2019, Alessandro Melchiorri, da Universidade Sapienza, de Roma, e seus colegas publicaram um artigo em 2019 concluindo que as medições RCF do observatório espacial Planck indicam um universo fechado.
Eles analisaram a quantidade de lente gravitacional (quanto a luz do RCF foi desviada pela gravidade da matéria em seu caminho) e encontraram um valor maior do que o previsto pelo modelo ΛCDM. Se você remover a suposição de um universo plano, em vez de “tentar ajustar os dados ao modelo errado”, o desvio desaparece, explicou Melchiorri.
A colaboração Planck também detectou uma anomalia de lente, mas não a considerou significativa. “É algo com o qual você pode conviver facilmente”, afirmou Antony Lewis, cosmólogo da Universidade de Sussex, em Brighton, Inglaterra, e membro da equipe do Planck.
Ele, como a maioria dos pesquisadores, atribui a discrepância a um acaso estatístico. “Se você obtiver um grande conjunto de dados e procurar por estranhezas, você certamente encontrará”, acrescentou Lewis.
Melchiorri admitiu que está “bancando o advogado do diabo”, mas acredita que os cientistas devem permanecer humildes e não descartar os dados do Planck completamente. Seu ponto não é que o universo seja fechado, por assim dizer, apenas que essa inconsistência pode estar revelando algo realmente importante.
Ele também reconhece as implicações dessa declaração. Ele e seus coautores consideraram isso uma “crise cosmológica”: “Uma vez que você assume um universo fechado, é uma espécie de catástrofe, porque há muitos conjuntos de dados que começam a entrar em tensão com [os dados do Planck]”.
Crise cosmológica?
Se a ideia do universo fechado for verdade, derrubaria décadas de descobertas astronômicas. Mas, além desses dados, não há a menor razão para duvidar que o universo seja plano. Todas as outras medições do RCF, como as do Atacama Cosmology Telescope (ACT), no Chile, e do satélite Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, da Nasa, são consistentes com o nivelamento.
Dados de outras fontes, principalmente as oscilações acústicas bariônicas (as impressões deixadas nas galáxias por ondas sonoras primordiais que ocorreram após o Big Bang), também sugerem planicidade.
Qualquer teoria apoiada por evidências tão esmagadoras deixaria a maioria dos cientistas céticos em relação a um único valor discrepante. “O artigo de Melchiorri não é ridículo”, afirmou Spergel, pois realmente descreve uma característica dos dados do Planck que favorece a curvatura positiva. “Mas, quando você obtém mais dados, vê uma imagem bastante consistente de um universo plano”, acrescentou ele.
Em um artigo, Spergel e dezenas de outros pesquisadores associados ao ACT combinaram seus próprios dados e outros conjuntos de dados com os dados do Planck. Eles não encontraram “nenhuma evidência de desvio do nivelamento, apoiando a interpretação de que o [desvio de Planck] é uma flutuação estatística”.
Outras análises desde a publicação do artigo de Melchiorri, incluindo uma em fevereiro de 2020 pelos cosmólogos da Universidade de Cambridge, George Efstathiou e Steven Gratton, concluíram o mesmo. Para eles, não há necessidade de atualizar o modelo ΛCDM.
Então, pelo menos por enquanto, o universo parece ser uma folha de papel tridimensional. Mas, assim como Melchiorri não insiste que é realmente fechado, nem todos os cientistas insistem que é realmente plano. Se o universo é curvo, porém, deve ser tão colossal que todos os 93 bilhões de anos-luz que podemos ver não são uma porção grande o suficiente para revelar a curvatura.
Para dar um exemplo da Terra, pode ser como se estivéssemos em uma névoa, incapazes de ver além de um pequeno pedaço de terra plano, mas, em algum lugar fora da vista, o horizonte prova que vivemos em uma esfera, explicou Gratton.
“Quando dizemos que o universo é plano, o que estamos dizendo é que, do pouco do universo que podemos ver, é consistente com ser parte de um [analógico 3D de uma] superfície plana”, acrescentou ele.
