Em um de seus primeiros momentos possíveis, o universo quebrou. Essas fendas – essas lágrimas e rasgos no próprio espaço-tempo – podem até permanecer até os dias atuais. Um artefato de uma era há muito morta, uma era governada por forças exóticas e energias estranhas pode persistir.
Nosso universo pode estar cheio de chamadas cordas cósmicas, esses defeitos no espaço-tempo. E embora ainda não tenhamos evidências de que elas existam, elas ainda podem estar lá fora, e prometo que você realmente não quer encontrar uma.
Trancado no gelo
O modelo do Big Bang do universo é muito simples. Há muito tempo, o universo era muito pequeno, muito quente e muito denso. Em algum momento, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, o universo era tão pequeno, tão quente e tão denso que estava em um estado fundamental completamente diferente. As quatro forças da natureza que conhecemos e amamos hoje estavam em um ponto fundidas em uma única força unificada. À medida que o universo esfriava e se expandia em seu primeiro bilionésimo bilionésimo de bilionésimo (e provavelmente adiciona mais alguns bilionésimos aos que são medidas seguras) de um segundo, as forças se separam uma a uma.
Foi uma transição de fase radical, durante a qual o universo mudou completamente de caráter. Mas, como todas as outras transições de fase, pode não ter sido perfeita. Ou, pelo menos, pode não ter acontecido exatamente da mesma maneira e exatamente ao mesmo tempo em todo o universo. Para entender isso, pegue um exemplo muito mais mundano e familiar: uma bandeja de cubos de gelo. Quando você coloca água na bandeja e cola a bandeja no freezer, a água chega a uma temperatura fria o suficiente para mudar de fase, de líquido para sólido. E essa transição de fase não acontece perfeitamente em todo o cubo de gelo.
Quando a água muda de líquida para congelada, começa no que é chamado de ponto de nucleação. Este é um ponto aleatório no futuro cubo de gelo que começa a formar a estrutura cristalina que chamamos de gelo, e a partir desse ponto a transição de fase se espalha para abranger toda a água, com as moléculas alinhando-se de maneira agradável e arrumada. arrumado em uma direção específica. Mas esse ponto de nucleação não precisa estar sozinho. Leva tempo para essa transição de fase se espalhar pela água. E nesse período, outro ponto de nucleação pode começar a formar uma treliça de cristal por conta própria. E esse ponto pode muito bem decidir ter uma orientação completamente diferente da primeira.
O resultado final é que seu cubo de gelo tem defeitos; não é perfeitamente claro em todo o volume. E isso é aparente a olho nu. Pegue um cubo de gelo e olhe, e você verá rachaduras e paredes e às vezes até bolhas. Essas são as imperfeições que sobraram quando dois conjuntos diferentes de transições de fase na rede cristalina não se alinharam exatamente.
Portanto, basta pegar este exemplo e escalá-lo em, digamos, um trilhão ou quatrilhão de graus ou mais, e você terá uma imagem do universo primitivo.
Lindas falhas
Como você pode imaginar, os defeitos e rachaduras deixados no espaço-tempo à medida que o universo mudou de fase e as forças da natureza se separaram são um pouco mais estranhas e exóticas do que algumas imperfeições em um cubo de gelo. Alguns dos defeitos mais comuns que sobraram desse processo são as chamadas cordas cósmicas. Eles não têm relação com as strings da teoria das cordas, que são chamadas apropriadamente de supercordas. (Pode haver uma maneira de gerar cordas cósmicas a partir de supercordas, mas não vamos entrar nisso agora.)
Essas cordas cósmicas se estendem de um extremo ao outro do universo observável e são defeitos unidimensionais no próprio espaço-tempo. À medida que o universo cresce, as cordas crescem junto com ele, porque são simplesmente parte do tecido subjacente do espaço. Assim, à medida que o espaço-tempo se expande, o mesmo acontece com as cordas.
Eles não são completamente unidimensionais, no entanto. Eles têm um pouco de caráter. Sua largura depende exatamente de quando e como ocorreu a transição de fase, mas a maioria das teorias as coloca aproximadamente na largura de um próton. Eles não têm massa em si mesmos; não é como se eles fossem feitos de algo, como você é feito de átomos). Mas, como são rugas no espaço-tempo, elas têm tensão, porque as deformações no espaço-tempo são o que causa a atração gravitacional. Essa tensão faz parecer que as cordas cósmicas têm massa.
A massa depende da densidade e do nível de tensão na corda. Todos os números resultantes dependem da teoria específica empregada, mas uma boa regra é que 2,5 cm de corda cósmica tem aproximadamente a mesma massa que o Monte Everest e 1,6 km fornecerão o mesmo massa como o planeta Terra. Lembre-se de que essas cordas cósmicas se estendem de um extremo ao outro do universo observável.
As condições em torno dessas cordas cósmicas são muito estranhas. Como eles dobram o espaço e o tempo em torno de si, se você viaja em círculo em torno de um, você descobrirá que precisará percorrer menos de 360 ??graus para retornar ao ponto de partida. Parece quase impossível, mas é a vida no espaço-tempo curvo em torno de cordas cósmicas.
Coloque um pequeno movimento nele
Além do mais, as cordas se mexem. Muito. Às vezes, eles se mexem com tanta violência que se prendem a si mesmos, se beliscando e enviando um laço fechado além da corda restante. Às vezes, duas ou mais cordas se encontram, mexem um pouco e se cruzam, cortando-se dessa maneira. Às vezes, os movimentos se tornam especialmente violentos, formando torções e cúspides que viajam para cima e para baixo nas cordas na velocidade da luz.
São todas essas manobras que tornam as cordas cósmicas potencialmente detectáveis. Os loops fechados e as cúspides geram ondas gravitacionais. Essas ondas gravitacionais enfraquecem e eventualmente dissolvem as cordas. Felizmente, isso leva muito tempo e, portanto, se alguma corda foi produzida no universo primitivo, ela ainda deveria estar por aí hoje.
Não detectamos ondas gravitacionais de cordas cósmicas. No futuro, poderemos conseguir atualizações do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser ou medições feitas pela espaçonave de antena espacial com interferômetro a laser da Europa, que está programada para ser lançada em meados da década de 2030.
Há outra técnica, no entanto, que pode nos permitir ver cordas cósmicas. E isso é, bem, procurando por eles. A luz será dividida na vizinhança de uma corda cósmica; portanto, se por acaso cairmos acidentalmente em nossa linha de visão para uma galáxia distante, a imagem dessa galáxia será dividida em duas. Também pesquisamos e pesquisamos em vão essas evidências, mas obtivemos os mesmos resultados que as ondas gravitacionais: sem sinais de fios cósmicos.
Se alguma corda cósmica permanece em nosso universo, elas não podem ter muita tensão e, portanto, muita massa; caso contrário, já os teríamos visto de alguma maneira. Mas as cordas cósmicas são genericamente preditas por nossas teorias das transições de fase do universo primitivo. Portanto, ou nossa compreensão das cordas cósmicas está errada (o que provavelmente será o caso) ou a nossa compreensão do universo primitivo está errada (o que também provavelmente será o caso).
Seja como for, se formos capazes de detectar uma corda cósmica, isso nos ajudará a desvendar alguns dos mistérios mais profundos e épocas de transformação em nosso universo. Vamos apenas torcer para que eles continuem mexendo.
Publicado em 02/11/2019
Artigo original: https://www.space.com/mysterious-cosmic-strings-gravitational-waves.html
Achou importante? Compartilhe!
Assine nossa newsletter e fique informado sobre Astrofísica, Biofísica, Geofísica e outras áreas. Preencha seu e-mail no espaço abaixo e clique em “OK”: