Uma visão das diferenças de temperatura no fundo cósmico de microondas, gerado quando a galáxia tinha menos de 400.000 anos, feita a partir de nove anos de observações da Sonda de Anisotropia de Microondas Wilkinson (WMAP).
(Imagem: © NASA)
Paul Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohio e o principal cientista do centro de ciências COSI. Sutter também é apresentador de "Ask a Spaceman", "Radio Space" e lidera a AstroTours em todo o mundo. Sutter contribuiu com este artigo para Expert Voices: Op-Ed & Insights da Space.com.
O modelo do Big Bang é a explicação mais bem-sucedida para a história do universo em que vivemos, e é ridiculamente fácil encapsular sua estrutura principal em uma única frase com camiseta: há muito tempo, nosso universo era muito menor. A partir dessa declaração simples, fluem grandes previsões testáveis que foram verificadas por décadas de observação. A taxa de expansão do universo. O fundo cósmico de microondas. A produção dos elementos mais leves. As diferenças entre galáxias próximas e distantes. Todas as suculentas linhas de evidência que fazem da cosmologia uma ciência.
Mas existem alguns problemas. [O Universo: Big Bang até agora em 10 etapas fáceis]
O modelo do Big Bang "baunilha", sem outras adições ou emendas, não pode explicar todas as observações.
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Olhos no horizonte
Podemos ver um tremendo volume de espaço bruto. Nosso universo observável tem mais de 90 bilhões de anos-luz de diâmetro. E quanto mais longe, olhamos mais profundamente no passado que observamos. Ao nosso redor está o fundo cósmico de microondas, a sobra de luz fóssil liberada quando o universo mal nascera - apenas 270.000 anos, bem mais de 13,8 bilhões de anos no passado.
Essa luz chega até nós de partes distantes do cosmos, tão distantes que agora é inacessível para nós. E diferentes seções dessa luz de fundo são inacessíveis uma à outra. No maravilhoso jargão da física, as regiões do fundo cósmico de microondas não estão causalmente conectadas. Em outras palavras, para que um pedaço dos limites do nosso universo observável se comunique com outro pedaço nos últimos 13,8 bilhões de anos, eles teriam que enviar sinais mais rapidamente do que a velocidade da luz.
O que não seria grande coisa se o fundo cósmico de microondas não fosse quase perfeitamente liso. O universo infantil tinha a mesma temperatura em uma parte em um milhão. Como todos ficaram tão bem coordenados quando as mudanças em uma área não tiveram tempo suficiente para afetar outras?
Reto e estreito
O melhor que podemos medir, a geometria do nosso universo parece ser perfeitamente, totalmente, sempre chata. Em escalas cósmicas grandes, as linhas paralelas permanecem paralelas para sempre, os ângulos internos dos triângulos somam 180 graus e assim por diante. Todas as regras de geometria euclidiana que você aprendeu no ensino médio se aplicam.
Mas não tem razão para o nosso universo ser plano. Em grandes escalas, poderia ter qualquer curvatura antiga que desejasse. Nosso cosmos poderia ter a forma de uma bola de praia gigante e multidimensional ou de uma sela para passeios a cavalo. Mas, não, ficou plana. E não apenas um pouco plana. Para não medirmos nenhuma curvatura com precisão de alguns por cento no universo atual, o jovem cosmo deve ter ficado achatado em uma parte em um milhão.
Por quê? De todas as opções possíveis de curvatura, não parece perfeitamente perfeitamente plano um pouco suspeito? E, de fato, suspeitamos que haja uma razão para o achatamento, e não se trata apenas de uma jogada de sorte dos dados.
Apenas um poste
Monopolos magnéticos são bestas teóricas; fraturas no próprio espaço-tempo que exibem apenas um dos pólos magnéticos - imagine uma partícula de pólo norte ou sul vagando em sua solitária. (Na matéria como a conhecemos, um objeto com norte magnético também terá um sul magnético na outra extremidade.) De acordo com nossos melhores modelos do universo extremamente primitivo (por exemplo, quando tinha 10 ^ -35 segundos de idade, e não, não é um erro de digitação) o processo exótico deveria ter inundado absolutamente nosso cosmos com essas maldades.
Esses monopólos devem ser tão comuns que seriam uma parte normal de nossas vidas cosmológicas cotidianas. E, no entanto, não vimos evidências de nenhuma. Zero. Zilch. Nenhum monstro monopolo parece estar à espreita nas águas salobras do universo sombrio.
Então, para onde eles foram? Eles deveriam ter sido fabricados em abundância, assim como nosso universo estava ficando interessante, mas não estão em lugar algum.
Apenas faça grande
A melhor solução que temos para esses enigmas é um processo chamado inflação. A idéia foi proposta pela primeira vez - e cunhada! - pelo físico Alan Guth, em 1980, quando ele sugeriu que o mesmo processo exótico que inundou o universo com monopólos magnéticos poderia ter enviado o cosmos a um período de expansão incrivelmente rápida.
Imagine se eu fizesse um balão com você - seu corpo, tripas, cérebro, esqueleto, tudo - para o tamanho de todo o nosso universo observável. E imagine que demorei menos de 10 a 32 segundos para fazer isso. Essa é uma expansão séria, e exatamente o que queremos dizer com inflação. Quando nosso universo era incrivelmente jovem, Guth propôs, inflado a essas escalas gigantescas em menos do que um piscar de olhos.
Para Guth, esse era o caminho mais limpo para resolver o problema monopolar. Ao tornar o universo tão danado grande, os monopólos simplesmente são diluídos. Nosso pedaço observável do universo é apenas um canto minúsculo de toda a conversa, e há tanto volume por aí que não devemos esperar encontrar um monopolo, como sempre.
Essa época inflacionária também resolve as outras duas deficiências do Big Bang de baunilha. O universo pré-inflacionário teve tempo de sobra para coordenar e equalizar as temperaturas antes de entrar em um estado muito maior, lançando regiões outrora conectadas para fora de mais contatos. E em um cosmos tão tremendamente grande, não podíamos deixar de medir uma geometria plana em nosso trecho observável. Quem se importa com a curvatura de todo o universo - é tão grande que parece plana para nós. A Terra é curva, mas meu quintal é agradável e plano, porque é muito menor que a superfície do nosso planeta. Apenas aplique essa mesma lógica às escalas cosmológicas e você estará dourado.
Ainda assim, os mecanismos subjacentes à inflação são pouco compreendidos e, para ser considerada uma teoria científica meio decente, ela não pode apenas explicar as observações atuais, mas fazer previsões para as futuras.
E essa será a história para outro dia.
Saiba mais ouvindo o episódio "Por que precisamos de inflação cósmica? (Parte 2)" no podcast Ask a Spaceman, disponível no iTunes e na web em http://www.askaspaceman.com. Obrigado a Massimiliano S., Lorenzo B., @ ZachCoty, Pete E., Christian W., @up_raw, Vicki K., Thomas, Banda C., Steve S., Evan W., Andrew P., @ MarkRiepe, @ Luft08, @kazoukis, Gordon M., Jim W., Cosmic Wakes, Floren H., Gabi P., Amanda Z. e @scaredjackel pelas perguntas que levaram a esta peça! Faça sua própria pergunta no Twitter usando #AskASpaceman ou seguindo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter. Siga-nos no Twitter @ Spacedotcom e no Facebook. Artigo original no Space.com.
