Um artigo provocativo publicado na revista Nature Astronomy argumenta que o universo pode se curvar e se fechar como uma esfera, em vez de ficar deitado como uma folha de papel, como prevê a teoria padrão da cosmologia. Os autores reanalisaram um grande conjunto de dados cosmológicos e concluíram que os dados favorecem um universo fechado com 99% de certeza – mesmo quando outras evidências sugerem que o universo é plano.
Os dados em questão – as observações da luz antiga do telescópio espacial Planck, chamadas de fundo cósmico de microondas (CMB) – “claramente apontam para um modelo fechado”, disse Alessandro Melchiorri, da Universidade Sapienza de Roma. É co-autor do novo artigo com Eleonora di Valentino da Universidade de Manchester e Joseph Silk, principalmente da Universidade de Oxford. Na opinião deles, a discordância entre os dados do CMB, que sugere que o universo está fechado, e outros dados que apontam para o nivelamento representam uma “crise cosmológica” que exige um “repensar drástico”.
No entanto, a equipe de cientistas por trás do telescópio Planck chegou a conclusões diferentes em sua análise de 2018. Antony Lewis, um cosmólogo da Universidade de Sussex e membro da equipe de Planck que trabalhou nessa análise, disse que a explicação mais simples para o recurso específico nos dados da CMB que di Valentino, Melchiorri e Silk interpretaram como evidência para um universo fechado ” é que é apenas um acaso estatístico. ”Lewis e outros especialistas dizem que já examinaram de perto a questão, junto com quebra-cabeças relacionados nos dados.
“Não há dúvida de que esses sintomas existem em algum nível”, disse Graeme Addison, cosmologista da Universidade Johns Hopkins que não estava envolvido na análise de Planck ou na nova pesquisa. “Há apenas desacordo quanto à interpretação.”
Se o universo é plano – ou seja, se dois feixes de luz disparando lado a lado através do espaço permanecerão paralelos para sempre, em vez de eventualmente cruzar e girar de volta para onde começaram, como em um universo fechado – depende criticamente da densidade do universo. Se toda a matéria e energia no universo, incluindo a matéria escura e a energia escura, somam exatamente a concentração na qual a energia da expansão externa equilibra a energia da atração gravitacional interna, o espaço se estenderá horizontalmente em todas as direções.
A principal teoria do nascimento do universo, conhecida como inflação cósmica, produz uma planicidade primitiva. E várias observações desde o início dos anos 2000 mostraram que nosso universo é quase plano e, portanto, deve estar dentro de um fio dessa densidade crítica – que é calculada em cerca de 5,7 átomos de hidrogênio no valor de material por metro cúbico de espaço, muitos deles invisível.
O telescópio Planck mede a densidade do universo, medindo quanto a luz CMB foi desviada ou “gravitacionalmente lente” ao passar pelo universo nos últimos 13,8 bilhões de anos. Quanto mais matéria esses fótons da CMB encontram em sua jornada para a Terra, mais lentes ficam, de modo que sua direção não reflete mais nitidamente seu ponto de partida no universo primitivo. Isso aparece nos dados como um efeito de desfoque, que suaviza certos picos e quedas no padrão espacial da luz. De acordo com a nova análise, a grande quantidade de lentes do CMB sugere que o universo pode ser cerca de 5% mais denso que a densidade crítica, com média de algo como seis átomos de hidrogênio por metro cúbico em vez de 5,7, para que a gravidade vença e o cosmos se feche. em si mesmo.
Os cientistas de Planck notaram o efeito de lente maior que o esperado anos atrás; a anomalia apareceu mais proeminentemente em sua análise final do conjunto de dados completo, lançado no ano passado. Se o universo é plano, os cosmologistas esperam que uma medição da curvatura caia dentro de um “desvio padrão” de zero, devido a flutuações estatísticas aleatórias nos dados. Mas a equipe de Planck e os autores do novo artigo descobriram que os dados do CMB se desviam em 3,4 desvios padrão. Assumindo que o universo seja plano, esse é um acaso importante – equivalente à obtenção de um cara que joga a moeda 11 vezes seguidas, o que acontece menos de 1% do tempo. A equipe de Planck atribui a medida a um acaso ou a um efeito inexplicável que desfoca a luz da CMB, imitando o efeito de matéria extra.
Ou talvez o universo esteja realmente fechado. Di Valentino e co-autores apontam que um modelo fechado resolve outros achados anômalos no CMB. Por exemplo, os pesquisadores deduzem os valores dos principais ingredientes de nosso universo, como a quantidade de matéria escura e energia escura, medindo variações na cor da luz CMB proveniente de diferentes regiões do céu. Mas, curiosamente, eles obtêm respostas diferentes quando comparam pequenas regiões do céu e quando comparam grandes regiões. Os autores apontam que, quando você recalcula esses valores assumindo um universo fechado, eles não diferem.
Will Kinney, um cosmólogo da Universidade de Buffalo em Nova York, chamou esse benefício de bônus do modelo de universo fechado de “realmente interessante”. Mas ele observou que as discrepâncias entre variações de pequena e grande escala vistas na luz do CMB poderiam ser facilmente estatísticas. flutuações próprias ou podem resultar do mesmo erro não identificado que pode afetar a medição da lente.
Existem apenas seis dessas propriedades principais que moldam o universo, de acordo com a teoria padrão da cosmologia, conhecida como ?CDM (denominada energia escura, representada pela letra grega ?, ou lambda, e matéria escura e fria). Com apenas seis números, o MCDM descreve com precisão quase todos os recursos do cosmos. E ?CDM não prevê nenhuma curvatura; diz que o universo é plano.
“O ponto aqui não é que o universo esteja fechado. O problema é a inconsistência entre os dados.” Alessandro Melchiorri, Universidade Sapienza de Roma
O novo artigo argumenta efetivamente que podemos precisar adicionar um sétimo parâmetro ao ?CDM: um número que descreve a curvatura do universo. Para a medição da lente, adicionar um sétimo número melhora o ajuste com os dados.
Mas outros cosmólogos argumentam que, antes de levar uma anomalia a sério o suficiente para adicionar um sétimo parâmetro à teoria, precisamos levar em consideração todas as outras coisas que o ?CDM acerta. Claro, podemos nos concentrar nessa anomalia – uma moeda que sai cara 11 vezes seguidas – e dizer que algo está errado. Mas o CMB é um conjunto de dados tão grande que é como jogar uma moeda centenas ou milhares de vezes. Não é difícil imaginar que, ao fazer isso, encontraremos uma corrida aleatória de 11 cabeças. Os físicos chamam isso de efeito “procure outro lugar”.
Além disso, os pesquisadores observam que o sétimo parâmetro não é necessário para a maioria das outras medições. Existe uma segunda maneira de recolher a curvatura espacial do CMB, medindo as correlações entre a luz de conjuntos de quatro pontos no céu; essa medida de “reconstrução de lentes” indica que o universo é plano, sem o sétimo parâmetro necessário. Além disso, as observações independentes da pesquisa BOSS de sinais cosmológicos chamados oscilações acústicas bariônicas também apontam para achatamento. Planck, em sua análise de 2018, combinou sua medição de lente com essas duas outras medidas e chegou a um valor geral para a curvatura espacial dentro de um desvio padrão de zero.
Di Valentino, Melchiorri e Silk pensam que reunir esses três conjuntos de dados diferentes mascara o fato de que os diferentes conjuntos de dados não estão de acordo. “O ponto aqui não é que o universo esteja fechado”, disse Melchiorri por email. “O problema é a inconsistência entre os dados. Isso indica que atualmente não há modelo de concordância e que estamos perdendo alguma coisa. ”Em outras palavras, ?CDM está errado ou incompleto.
Todos os outros pesquisadores consultados para este artigo acham que o peso das evidências aponta para o universo ser plano. “Dadas as outras medidas”, disse Addison, “a interpretação mais clara desse comportamento dos dados de Planck é que é uma flutuação estatística. Talvez seja causado por alguma imprecisão leve na análise de Planck, ou talvez seja completamente apenas flutuações de ruído ou chance aleatória. Mas, de qualquer forma, não há realmente uma razão para levar a sério esse modelo fechado “.
Isso não quer dizer que não faltem peças da imagem cosmológica. O MDL aparentemente prevê o valor errado para a atual taxa de expansão do universo, causando uma controvérsia conhecida como problema constante do Hubble. Mas supor que o universo esteja fechado não resolve esse problema – de fato, adicionar curvatura piora a previsão da taxa de expansão. Além da medição anômala de lentes de Planck, não há razão para pensar que o universo está fechado.
“O tempo dirá, mas pessoalmente não estou muito preocupado com isso”, disse Kinney, referindo-se à sugestão de curvatura nos dados do CMB. “É de um tipo com anomalias semelhantes que provaram ser vapor”.
Publicado em 05/11/2019
Artigo original: https://www.quantamagazine.org/what-shape-is-the-universe-closed-or-flat-20191104/
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”: