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Físicos propõem novo modelo hipotético para Universo curvo

Anomalias na radiação primordial do Universo questionam concepção de cosmos nivelado

ESA/Planck Collaboration
Evidência de uma curva? A temperatura da radiação cósmica de fundo oscila mais em um lado do céu (o lado direito dessa projeção) que no lado oposto, um sinal de que o espaço pode ser curvo.

 
Por Ron Cowen e revista Nature

Vivemos em um universo inclinado.

Foi isso que os cosmólogos concluíram ao examinar a estrutura detalhada da radiação remanescente do Big Bang. Dois cosmólogos acabam de mostrar que os dados são consistentes com um Universo ligeiramente curvo, lembrando o formato de uma sela. Se o modelo estiver correto, a antiga convicção de que o cosmos é plano seria invalidada.

Em uma escala ampla, as medições de precisão da radiação cósmica de fundo (CMB, na sigla em inglês) feitas pela sonda Wilkinson de Anisotropia em Microondas (mais conhecida por sua siglaem inglês WMAP) da Nasa forneceram os primeiros sinais de uma assimetria em 2004.

Alguns especialistas ponderaram se a descoberta teria sido um erro sistemático que seria corrigido quando a sucessora da sonda da Nasa, o satélite Planck da Agência Espacial Europeia mapeasse a CMB novamente com maior precisão. Mas os resultados do Planck, divulgados em março deste ano, confirmaram a anomalia.

Para explicar esse resultado, Andrew Liddle e Marina Cortês, da University of Edinburgh, no Reino Unido, propuseram um modelo de inflação cósmica, um período hipotético de rápida expansão logo após o Big Bang, em que o Universo expandiu exponencialmente em magnitude numa pequena fração de segundo.

A teoria da inflação cósmica mais simples afirma que o Universo é plano e que sua expansão é impulsionada por um único campo quântico chamado inflaton. Nesse modelo, o inflaton tem duas funções: ele desencadeou uma hiperexpansão e gerou minúsculas flutuações de densidade que se ampliaram e se tornaram sementes de galáxias.

Essa versão, porém, não explica a assimetria do Universo, exceto como uma casualidade estatística — algo parecido com uma chamada “moeda honesta” (em que a probabilidade de dar cara ou coroa é de 50% para as duas) que por acaso resulta em muito mais caras que coroas quando lançada mil vezes. Se as anomalias da CMB não são casuais, elas poderiam oferecer uma janela inédita para a estrutura detalhada dos primórdios do Universo, observa Liddle.

Em seu artigo, publicado no dia 9 de setembro no site Physical Review Letters, Liddle e Cortês propõem hipóteses para a inflação. Como muitos teóricos antes deles, os dois pressupõem um segundo campo quântico — o curvaton — para estabelecer as flutuações primordiais de densidade no Universo jovem, restringindo a ação do inflaton apenas à era da hiperexpansão.

Os pesquisadores mostraram que o campo curvaton geraria as flutuações assimétricas de densidade que foram observadas se o espaço tivesse uma curvatura ligeiramente negativa em grandes escalas. Isso significa que se fosse possível “desenhar” grandes triângulos no espaço, a somatória de seus ângulos internos seria inferior a 180º. (Em um Universo plano os ângulos somariam exatamente 180º e em um Universo curvado positivamente a somatória seria mais que 180º.)

O trabalho dos autores é o primeiro a explicar a assimetria por meio do “primeiro princípio” (axioma ou premissa que não pode ser deduzida de qualquer outra proposição), comentou Adrienne Erickcek, uma teórica da University of North Carolinaem Chapel Hillque não participou do estudo.

No cenário de Liddle e Cortês, a assimetria da CMB derivaria de uma falta de uniformidade na megaescala do Universo, codificada no campo curvaton. Em 2008, Erickcek e seus colegas propuseram um mecanismo similar, mas seu modelo não supôs um Universo curvado negativamente.

Embora numerosas observações indiquem que o cosmos de fato é plano, os desvios nos dados da radiação cósmica de fundo previstos pelo modelo mais recente, que os autores admitem ser especulativo, poderiam ser suficientemente pequenos para se encaixar nos limites impostos pelas medições do satélite Planck, explica Liddle. Futuros experimentos com medições mais precisas poderão determinar quem está certo.

Este artigo foi reproduzido com permissão da revista Nature. O artigo foi publicado originalmente em 20 de setembro de 2013.

 sciam25set2013