As aberrações sutis no piscar das estrelas como um relógio podem se tornar “o resultado do século”. Isso se as distorções forem produzidas por uma rede de filamentos gigantes que sobraram do nascimento do universo.
Os cosmologistas pensam que, no início do universo, todas as forças da natureza foram, por uma breve fração de segundo, unificadas. Mas, à medida que o universo se expandia e esfriava, essa superforça condensava-se em suas partes familiares: gravidade, eletromagnetismo e as forças forte e fraca.
De acordo com alguns cálculos, o cosmos pode ter esfriado tão rapidamente que o tecido do espaço-tempo se quebrou, criando uma rede de tubos extremamente finos cheios de pura energia que se estendem por toda a amplitude do universo observável.
Esta é uma possível história de origem das cordas cósmicas.
Previstas na década de 1970, as cordas cósmicas há muito tempo estão fora do alcance de experimentos. Agora, porém, alguns físicos pensam que vislumbraram a primeira evidência de que essas gigantescas estruturas unidimensionais existem.
“Meu pressentimento é que esses primeiros sinais parecem muito promissores”, disse Kai Schmitz, um físico teórico do CERN, o laboratório na Europa. Mas ele observou que há um longo caminho a percorrer antes que alguém possa reivindicar uma descoberta.
“Se descobrirmos as cordas cósmicas, será o resultado do século”, disse Eugene Lim, que pesquisa a cosmologia do universo primitivo no King?s College London. “Mas, para citar Carl Sagan,? alegações extraordinárias requerem evidências extraordinárias ?e, neste momento, as evidências são um pouco fracas.”
Pulsar Wobbles
Os novos dados que podem sugerir a presença de cordas cósmicas vêm do NANOGrav, um grupo de astrônomos que mantém um olhar atento sobre dezenas de estrelas mortas giratórias chamadas pulsares.
Os pulsares emitem ondas de rádio de seus pólos, de modo que da Terra vemos flashes regulares cada vez que os feixes passam por nossa linha de visão, como os flashes de um farol. Na verdade, os blips do pulsar parecem tão anormalmente regulares que, em sua descoberta em 1967, o primeiro pulsar foi denominado LGM-1 para “homenzinhos verdes”.
Os pulsares são os cronômetros cósmicos muito precisos. Então, quando seus blips são distorcidos, os físicos sabem que algo está acontecendo. Em particular, os pesquisadores procuram distorções causadas por ondas gravitacionais – ondulações no espaço-tempo que, quando passam pelos pulsares, mudam o tempo de chegada dos blips na Terra. Essas ondas gravitacionais podem vir do som de cordas cósmicas, colisões de buracos negros supermassivos ou outros processos cósmicos violentos.
A última análise do NANOGrav, postada online em 9 de setembro, reúne mais de 12 anos de observações de dezenas de pulsares de radiotelescópios espalhados pela América do Norte. O artigo ainda está sendo revisado por pares, mas os pesquisadores descobriram que algo estava distorcendo os blips emitidos por todos os pulsares da mesma forma, e com frequências que são esperadas das ondas gravitacionais. Ainda é possível que esse padrão venha de alguma fonte desconhecida e comum de ruído nos pulsares ou nos relógios que medem a chegada dos blips na Terra.
Teóricos já começaram a especular sobre as explicações cósmicas do sinal provisório do NANOGrav, mesmo que o sinal não tenha uma característica definitiva que provaria que é ondas gravitacionais: um tipo de correlação no tempo dos pulsares que ocorre devido à forma alternada em que as ondas gravitacionais se estendem e comprimem o espaço-tempo. Mais dados de temporização do pulsar serão necessários antes que os cientistas possam dizer se seu sinal tem essa marca registrada crucial.
“Não podemos dizer com certeza se é ruído ou é um sinal de onda gravitacional”, disse Alberto Sesana, ex-presidente do International Pulsar Timing Array, um consórcio de projetos que inclui o NANOGrav.
Fios cósmicos
O artigo de NANOGrav provocou uma reação particularmente rápida entre os físicos que trabalham com cordas cósmicas. “Isso é o que se chama de perseguição de ambulância … todo mundo tenta tirar o primeiro jornal”, disse Schmitz, que estava fazendo uma caminhada nas montanhas italianas quando ouviu a notícia e passou o fim de semana trocando mensagens no WhatsApp com sua colega Simone Blasi.
Em poucos dias, eles postaram um artigo em co-autoria com Vedran Brdar argumentando que os dados poderiam ser interpretados como vindos de cordas cósmicas, se as cordas fossem criadas quando o universo tinha uma certa temperatura ultra-alta. Esta temperatura “sempre soará como uma campainha” entre os físicos, disse Schmitz, porque é o ponto em que se acredita que as forças forte, fraca e eletromagnética foram unificadas.
Depois do Big Bang, a superforça unificada teria se separado nas forças da natureza que vemos hoje, passando por uma série de transições de fase, semelhantes à água líquida congelando em gelo. Esse processo aleatório poderia ter criado cordas cósmicas como rachaduras no espaço-tempo, como as rachaduras que você pode ver dentro de cubos de gelo.
O universo teria continuado se expandindo, cordas cósmicas crescendo junto com ele. Mas de vez em quando, as cordas se dobravam sobre si mesmas ou colidiam com outras cordas, fazendo com que os loops se separassem em rajadas de energia. Esses laços de cordas continuariam oscilando ao longo de bilhões de anos, perdendo energia gradualmente à medida que emitiam ondas gravitacionais. “É muito semelhante a quando você excita a corda de um violino”, disse Schmitz.
Coletivamente, os loops vibratórios criariam o tipo de sinal de onda gravitacional que o NANOGrav poderia ter visto. (Não se espera que esse sinal seja visível para o LIGO, o observatório de ondas gravitacionais que detecta buracos negros e colisões de estrelas de nêutrons.) Se verdadeiro, seria a primeira janela que os físicos abriram para essas transições de fase primordiais.
Outra possibilidade mais especulativa é que as cordas cósmicas possam vir das minúsculas cordas vibrantes da teoria das cordas. Alguns modelos da teoria das cordas propõem que as cordas podem ter crescido a proporções colossais durante a rápida expansão inicial do cosmos. As diferenças na tensão desses tipos de cordas cósmicas e em como os laços das cordas se rompem criariam uma assinatura de onda gravitacional única, distinguindo-as de outros tipos.
John Ellis, um físico de partículas do King?s College, duvida que os novos dados sejam evidências da teoria das cordas. “Se você me perdoar a expressão, acho que seria um grande exagero.”
Mega-fusões
Alternativamente, o possível sinal de onda gravitacional do NANOGrav poderia vir de buracos negros supermassivos, que, ao contrário das cordas cósmicas, existem.
Quase todas as grandes galáxias, incluindo a Via Láctea, têm um buraco negro supermassivo em seu centro que pesa milhões ou bilhões de vezes mais que o sol. Se duas galáxias se fundirem, seus buracos negros começarão a girar em torno um do outro, criando ondas gravitacionais à medida que espiralam.
Fusões supermassivas de buracos negros nunca foram vistas. “É constrangedor que não tenhamos ideia se eles se fundem. É um grande buraco em nosso conhecimento”, disse Jenny Greene, astrônoma da Universidade de Princeton. “É um bilhão de anos ou leva mais perto da idade do universo para que eles se unam?”
Em um artigo publicado online em 16 de setembro, Ellis e um colaborador descobriram que a forma do sinal do NANOGrav se parece mais com o que você esperaria de cordas cósmicas do que de buracos negros supermassivos. “Os dados parecem preferir a interpretação das cordas cósmicas, mas não muito”, disse Ellis.
Outros pesquisadores exploraram a possibilidade de que o NANOGrav possa estar vendo buracos negros primordiais ou radiação da matéria escura. Mas todo mundo está pisando com cuidado.
“Pessoalmente, a coisa certa a fazer é sentar e esperar por mais dados. Mas, você sabe, estamos todos impacientes”, disse Lim.
Juntamente com a NANOGrav, a European Pulsar Timing Array e a Parkes Pulsar Timing Array na Austrália irão, no devido tempo, divulgar seus próprios dados. O novo telescópio FAST de 500 metros da China e o conjunto de telescópios MeerKAT da África do Sul também estão unindo forças no esforço internacional para procurar ondas gravitacionais com pulsares, disse Sesana. “Estamos todos trabalhando juntos para coletar e analisar os dados a fim de construir a confiança do que está lá.”
Publicado em 30/09/2020 10h49
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