Eternos Aprendizes

27/12/2008

Novo modelo cosmológico tenta dar novas pistas sobre o Big-Bang e o Universo inflacionário

Novo modelo cosmológico tenta dar novas pistas sobre o Big-Bang e o Universo inflacionário

A comunidade científica em geral pensa que todo e qualquer traço do que havia antes do Big-Bang foi apagado, ou seja, não pode ser medido, detectado ou observado. Agora, um grupo de astrofísicos acredita que interpretando vestígios dos estágios iniciais do Universo poderão trazer-nos algumas pistas sobre isso. Marc Kamionkowski, do Caltech (California University of Technology), EUA, declarou que “Não é mais uma completa loucura perguntar-se ‘o que aconteceu antes do Big-Bang‘”. Kamionkowski liderou um time que propôs um modelo matemático explicando uma anomalia na teoria da distribuição uniforme da radiação e matéria. Esse estudo foi detalhado no jornal cientifico Physical Review D.

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O Universo Inflacionário – Crédito: WMAP Science Team, NASA. O Universo tem se expandido gradualmente. Entretanto, sua expansão inicial foi extraordinariamente tão rápida quanto o seu crescimento desde as flutuações em escala quântica em um trilionésimo de um segundo. De fato, esse cenário cosmológico, denominado Inflação, tem sido esmiuçado, evidenciado e quantificado pela análise de 5 anos dos dados do observatório espacial WMAP. Os equipamentos do WMAP detectaram a radiação de microondas cósmica de fundo (Cosmic Microwave Background – CMB) – o brilho residual do Universo primordial. O extraordinário sucesso WMAP na exploração do primeiro trilionésimo de segundo, favorecendo os cenários da teoria inflacionária se apóia na sua habilidade de realizar medidas precisas e inéditas das propriedades da radiação de microondas de fundo. As sutis propriedades são destiladas das condições do Universo primordial relacionadas aos seus primeiros momentos de existência. O diagrama esquemático acima retrata os 13,7 bilhões de anos (além do trillionésimo de um segundo) da história do Universo desde a escala quântica inicial até a escala da formação das estrelas, galáxias e planetas.

A Expansão Exponencial do Universo

Os investigadores analisaram o fenômeno chamado inflação, inicialmente proposto em 1980 por Alan Güth, que infere que o espaço expandiu-se exponencialmente nos instantes seguintes ao Big-Bang.

Adrienne Erickcek, do time da Caltech, explicou que o problema da tese da inflação, entretanto, é que o Universo não é tão uniforme quanto à forma simplificada que a teoria original preconiza – há assimetria.

Até recentemente as medidas da radiação cósmica de fundo (CMB – uma forma de radiação eletromagnética que permeou o Universo cerca de 400.000 anos depois do Big-Bang) estavam consistentes com a tese da inflação cósmica – as flutuações minúsculas na CMB pareciam, na média, estarem espalhadas por todas as direções.

Há alguns anos um grupo de pesquisadores que incluía Krzysztof Gorski do Jet Propulsion Laboratory da NASA (JPL), Pasadena, Califórnia, emiuçou dados do observatório espacial WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Os cientistas perceberam que a amplitude das flutuações na CMB não é a mesma em todas as direções como a tese inflacionária sustenta.

A inflação e o “curvatron

“Se nossos olhos pudessem ver as freqüências de radio, nós veríamos o céu inteiro brilhando. É isso que o WMAP vê”, disse Kamionkowksi. WMAP nos apresentou a CMB como o brilho originado no Big-Bang, que decaiu em radiação de microondas com a expansão do Universo ao longo de 13,7 bilhões de anos.

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Assimetrias Universais: Esse mapa acima do Universo, gerado por 5 anos de levantamentos realizados pela sonda WMAP, mostra pontos frios e pontos quentes, não mais que 200 micro-kelvins acima ou abaixo da temperatura média da CMB (radiação cósmica de microondas de fundo), da radiação residual do Big-Bang. Possíveis assimetrias nos dados apurados, desvios ligeiramente maiores que a temperatura média em uma metade do céu em relação à outra metade, indicam que possivelmente o modelo padrão da origem do Universo deverá ser revisto e atualizado.

A sonda WMAP revelou também desvios mais pronunciados, variações em relação ao valor médio, na CMB em uma metade do céu em relação ao outra parte.

“Isto é uma anomalia certificada”, afirmou Kamionkowski. “Mas desde que a teoria da inflação parece explicar tão bem tudo mais, parece-nos prematuro descartar essa teoria”. Ao contrário, o time de pesquisadores olhou a matemática envolvida por trás da hipótese inflacionária endereçando a assimetria.

Inicialmente o time testou se o valor do campo singular de energia, ao qual se atribui ter originado a inflação, denominado “inflatron“, se manifestou de maneira distinta em um lado do Universo em relação ao outro lado. Isso não parece ser o caso – eles descobriram que se o valor médio do “inflatron” fosse alterado, então a temperatura média e a amplitude das variações energéticas no espaço também mudariam. Assim eles exploraram em seguida um segundo campo energético, chamado “curvatron“, que já havia sido proposto anteriormente para tentar explicar as flutuações observadas na CMB. Os cientistas introduziram uma perturbação no campo “curvatron” que afetou apenas a variação da temperatura ponto a ponto através do espaço e preservou seu valor médio. Baseado nisso, disseram os pesquisadores, o novo modelo prevê a existência de mais pontos frios do que quentes na CMB. Erickcek acrescenta que estas previsões serão testadas pelo satélite Planck, uma nova missão internacional liderada pela Agência Espacial Européia com participação significativa da NASA. O lançamento da sonda Planck está programado para abril de 2009.

As descobertas trazem a chave de um maior entendimento sobre a inflação cósmica. Segundo Erickcek “A inflação é uma descrição de como o Universo se expandiu… suas previsões têm sido verificadas, mas o que a causou e quanto tempo a inflação durou? Esta é uma nova maneira de olhar o que aconteceu durante a inflação, que possui diversas lacunas esperando para serem preenchidas”.

Mas a perturbação que os pesquisadores introduziram podem também oferecer a primeira luz sobre o que ocorreu antes do Big-Bang, uma vez que essas discrepâncias poderiam ser uma assinatura herdada do tempo anterior a inflação. “Todas essas questões estão escondidas atrás de um véu e se nossos modelos se sustentarem nós temos uma chance de ver através desse véu”, observa Kamionkowski.

Um pouco de cautela?

O cosmologista David Spergel de Princeton contesta essa descoberta e comenta que ele acha que os estudos de Caltech são intrigantes, contudo devemos ser cautelosos, pois os dados publicados apenas revelam as assimetrias em largas escalas, comparando partes do céu maiores que a área da Lua cheia. “É importante mostrar que a [aparente] assimetria deveria ser independente da escala utilizada, então a significância estatística dessa assimetria é controvertida”.

Ainda há problemas a serem desvendados. Essas anomalias detectadas na CMB irão gerar muita polêmica na cosmologia, novas explicações e teses serão propostas, incrementando e aprimorando o modelo da origem e evolução do Universo.

Fontes e Referências:

COSMOS: First clues to what came before the Big-Bang

Caltech Press Release, 16/12/2008: Caltech Researchers Interpret Asymmetry in Early Universe

Science News: Lopsided universe demands different explanation

Innovations Report: Caltech researchers interpret asymmetry in early universe

Space.com, 13/01/2009: Glimpse Before Big Bang Possible

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