Direção é algo com o qual os humanos estão bastante acostumados. Vivendo em nosso ambiente terrestre amigável, estamos acostumados a ver as coisas em termos de cima e para baixo, esquerda e direita, para frente ou para trás. E para nós, nosso quadro de referência é fixo e não muda, a menos que nos movamos ou estamos em processo de mudança. Mas quando se trata de cosmologia, as coisas ficam um pouco mais complicadas.
Há muito tempo, os cosmólogos mantêm a crença de que o universo é homogêneo e isotrópico - ou seja, fundamentalmente o mesmo em todas as direções. Nesse sentido, não existe "para cima" ou "para baixo" quando se trata de espaço, apenas pontos de referência que são inteiramente relativos. E, graças a um novo estudo realizado por pesquisadores da University College London, essa visão se mostrou correta.
Para o bem de seu estudo, intitulado “Como o Universo é isotrópico?”, A equipe de pesquisa usou dados de pesquisas do Cosmic Microwave Background (CMB) - a radiação térmica que sobra do Big Bang. Esses dados foram obtidos pela sonda Planck da ESA entre 2009 e 2013.
A equipe então o analisou usando um supercomputador para determinar se havia algum padrão de polarização que indicaria se o espaço tem uma "direção preferida" de expansão. O objetivo deste teste foi verificar se uma das suposições básicas subjacentes ao modelo cosmológico mais amplamente aceito está de fato correta.
A primeira dessas suposições é que o Universo foi criado pelo Big Bang, que se baseia na descoberta de que o Universo está em um estado de expansão e na descoberta do Fundo Cósmico de Microondas. A segunda suposição é que o espaço é homogêneo e istrópico, o que significa que não há grandes diferenças na distribuição da matéria em grandes escalas.
Essa crença, também conhecida como Princípio Cosmológico, baseia-se em parte no Princípio Copernicano (que afirma que a Terra não tem lugar especial no Universo) e na Teoria da Relatividade de Einstein - que demonstrou que a medição da inércia em qualquer sistema é relativa. para o observador.
Essa teoria sempre teve suas limitações, pois a matéria claramente não é distribuída igualmente em escalas menores (isto é, sistemas estelares, galáxias, aglomerados de galáxias etc.). No entanto, os cosmólogos discutiram isso dizendo que a flutuação em pequena escala é devida a flutuações quânticas que ocorreram no início do Universo, e que a estrutura em larga escala é de homogeneidade.
Ao procurar flutuações na luz mais antiga do Universo, os cientistas tentam determinar se isso é realmente correto. Nos últimos trinta anos, esses tipos de medições foram executadas por várias missões, como a missão Cosmic Background Explorer (COBE), a Sonda de Anisotropia por Microondas Wilkinson (WMAP) e a espaçonave Planck.
Para o estudo deles, a equipe de pesquisa da UCL - liderada por Daniela Saadeh e Stephen Feeney - encarou as coisas de maneira um pouco diferente. Em vez de procurar desequilíbrios no fundo das micro-ondas, eles procuraram sinais de que o espaço poderia ter uma direção preferida de expansão e como eles poderiam ser impressos no CMB.
Como Daniela Saadeh - uma aluna de doutorado da UCL e principal autora do artigo - disse à Space Magazine por e-mail:
“Analisamos a temperatura e a polarização do fundo cósmico de microondas (CMB), uma radiação de relíquia do Big Bang, usando dados da missão Planck. Comparamos o CMB real contra nossas previsões para como seria em um universo anisotrópico. Após essa pesquisa, concluímos que não há evidências para esses padrões e que a suposição de que o Universo é isotrópico em grandes escalas é boa. ”
Basicamente, seus resultados mostraram que há apenas uma chance em 1 em 121.000 de que o Universo seja anisotrópico. Em outras palavras, as evidências indicam que o Universo tem se expandido uniformemente em todas as direções, eliminando assim qualquer dúvida sobre o fato de haver algum senso real de direção em larga escala.
E de certa forma, isso é um pouco decepcionante, pois um Universo que não é homogêneo e o mesmo em todas as direções levaria a um conjunto de soluções para as equações de campo de Einstein. Por si mesmas, essas equações não impõem nenhuma simetria no tempo espacial, mas o Modelo Padrão (do qual fazem parte) aceita a homogeneidade como uma espécie de dado.
Essas soluções são conhecidas como modelos Bianchi, que foram propostos pelo matemático italiano Luigi Bianchi no final do século XIX. Essas teorias algébricas, que podem ser aplicadas ao espaço-tempo tridimensional, são obtidas por serem menos restritivas e, portanto, permitem um universo anisotrópico.
Por outro lado, o estudo realizado por Saadeh, Feeney e seus colegas mostrou que uma das principais suposições sobre as quais nossos atuais modelos cosmológicos se baseiam é realmente correta. Ao fazê-lo, eles também forneceram um senso muito necessário de aproximação a um debate de longo prazo.
"Nos últimos dez anos, houve uma discussão considerável sobre se havia sinais de anisotropia em grande escala à espreita no CMB", disse Saadeh. “Se o Universo fosse anisotrópico, precisaríamos revisar muitos de nossos cálculos sobre sua história e conteúdo. Os dados de alta qualidade da Planck vieram com uma oportunidade de ouro para realizar essa verificação de saúde no modelo padrão de cosmologia e a boa notícia é que é seguro. ”
Então, da próxima vez que você se olhar para o céu noturno, lembre-se ... isso é um luxo que você tem apenas enquanto está na Terra. Lá fora, é um jogo de bola! Então aproveite essa coisa que chamamos de "direção" quando e onde você puder.
E não deixe de conferir esta animação produzida pela equipe da UCL, que ilustra os dados CMB da missão Planck:
