Quase sempre é assumido nos cálculos cosmológicos que existe uma distribuição uniforme de matéria no universo. Isso ocorre porque os cálculos seriam muito complicados se a posição de cada estrela fosse incluída. Na realidade, o universo não é uniforme: em alguns lugares há estrelas e planetas, em outros há apenas um vazio.
Os físicos Michael te Vrugt e o Prof. Raphael Wittkowski do Instituto de Física Teórica e do Centro de Nanociência Soft (SoN) da Universidade de Münster desenvolveram, juntamente com a física Dra. Sabine Hossenfelder do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt (FIAS) um novo modelo para este problema. Seu ponto de partida foi o formalismo de Mori-Zwanzig, um método para descrever sistemas que consistem em um grande número de partículas com um pequeno número de mensurandos. Os resultados do estudo foram publicados na revista Physical Review Letters.
Antecedentes: A teoria da relatividade geral desenvolvida por Albert Einstein é uma das teorias de maior sucesso da física moderna. Dois dos últimos cinco prêmios Nobel de Física tiveram associações com ela: em 2017 para a medição das ondas gravitacionais, e em 2020 para a descoberta de um buraco negro no centro da Via Láctea. Uma das aplicações mais importantes da teoria é a descrição da expansão cósmica do universo desde o Big Bang. A velocidade dessa expansão é determinada pela quantidade de energia do universo. Além da matéria visível, são acima de tudo a matéria escura e a energia escura que desempenham um papel aqui – pelo menos, de acordo com o modelo Lambda-CDM usado atualmente em cosmologia.
“Estritamente falando, é matematicamente errado incluir o valor médio da densidade de energia do universo nas equações da relatividade geral”, disse Sabine Hossenfelder. A questão agora é quão “ruim” é esse erro. Alguns especialistas consideram-no irrelevante, outros veem nele a solução para o enigma da energia escura, cuja natureza física ainda é desconhecida. Uma distribuição desigual da massa no universo pode ter um efeito na velocidade da expansão cósmica.
“O formalismo Mori-Zwanzig já está sendo usado com sucesso em muitos campos de pesquisa, da biofísica à física de partículas”, diz Raphael Wittkowski, “portanto, também ofereceu uma abordagem promissora para este problema astrofísico.” A equipe generalizou esse formalismo para que pudesse ser aplicado à relatividade geral e, com isso, derivou um modelo para a expansão cósmica levando em consideração a distribuição desigual da matéria no universo.
O modelo faz uma previsão concreta do efeito dessas chamadas inomogeneidades na velocidade de expansão do universo. Essa previsão se desvia um pouco daquela fornecida pelo modelo Lambda-CDM e, portanto, oferece uma oportunidade de testar o novo modelo experimentalmente. “No momento, os dados astronômicos não são precisos o suficiente para medir esse desvio”, diz Michael te Vrugt, “mas o grande progresso feito – por exemplo, na medição das ondas gravitacionais – nos dá motivos para esperar que isso mude. Também , a nova variante do formalismo de Mori-Zwanzig também pode ser aplicada a outros problemas astrofísicos – portanto, o trabalho é relevante não apenas para a cosmologia. “
Publicado em 07/12/2021 12h02
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