Astrofísica:

TELESCÓPIO OBSERVA EXPANSÃO VIOLENTA DO UNIVERSO APÓS O BIG BANG

17/03/2014

Um grupo americano de cientistas detectou sinais que remontam à primeira fração de segundo da existência do Universo, indicando que ele de fato passou por uma expansão explosiva em seus momentos iniciais.

O anúncio literalmente bombástico confirma uma das hipóteses mais tradicionais para explicar como o cosmos pode ter a configuração que tem hoje, sem que a gravidade o consumisse logo após o seu surgimento.

É o que os cosmólogos chamam de "inflação cósmica". Ela presume que, numa fração minúscula de segundo após o Big Bang, o Universo teria se expandido violentamente –numa velocidade que excederia até mesmo a da luz.

Depois dessa grande estilingada primordial, o espaço teria sua expansão num ritmo mais modesto e menos radical, evidenciado pelo fato de que as galáxias parecem todas estar se afastando umas das outras.

O primeiro a sugerir a existência da inflação foi o físico teórico americano Alan Guth, em 1981, então na Universidade Stanford, na Califórnia.

Era uma solução funcional para viabilizar a compreensão do Universo atual a partir do Big Bang, mas não havia então nenhuma evidência observacional de que ela estava certa. Até agora.

DO POLO SUL AO INÍCIO CÓSMICO

O resultado obtido pelo experimento, chamado BICEP2, consiste no exame de um "eco" luminoso gerado pelo Big Bang, a chamada radiação cósmica de fundo (CMB Cosmic Microwave Background).

Ele foi produzido quando o Universo tinha apenas 380 mil anos. Até aquele momento, o cosmos era denso demais para que as partículas de luz conseguissem transitar desimpedidas. O espaço era então completamente opaco.



Na figura acima a parte inferior mostra a escala do Universo versus tempo. Eventos específicos são mostrados tais como a formação de Hidrogênio Neutro em 380.000 anos após o Big Bang. Antes desse tempo, a constante interação entre matéria (elétrons) e luz (fótons) fez o Universo opaco. Após esse tempo, os fótons que nós agora chamamos de Radiação Cósmica de Fundo (CMB Cosmic Microwave Background) começaram a fluir livremente. As flutuações (diferenças de lugar para lugar) na distribuição da matéria deixaram suas marcas nos fótons da CMB. As ondas de densidade aparecem como temperatura e polarização “E-mode”. As ondas gravitacionais deixam uma assinatura caracteristica na polarização da CMB: as “B-modes”. Ambas ondas de densidade e gravitacionais vêm de flutuações quânticas que foram magnificadas pela inflação e por estarem presentes no momento em que os fótons da CMB foram emitidos.

Com a contínua expansão (e seu consequente resfriamento), em um certo momento a luz finalmente conseguiu transitar desimpedida, sem esbarrar em nada.

A radiação cósmica de fundo nada mais é que o conjunto dessas primeiras partículas luminosas a vagar livres pelo espaço. Elas vêm de todas as direções e sua descoberta, feita em 1964 por Arno Penzias e Robert Wilson, foi a maior confirmação de que nosso Universo teve um início de fato muito denso, quente e concentrado.

Desde então, diversos projetos têm se esforçado para esmiuçar o estudo dessa radiação. Pequenas variações em sua temperatura indicam sutis diferenças na distribuição de matéria e energia no cosmos nascente, explicando porque temos imensos vazios salpicados de galáxias.



E agora os pesquisadores encontraram padrões específicos nas partículas de luz que correspondem à interação delas com as brutais forças gravitacionais envolvidas pelo processo da inflação.

É como se o súbito inchaço cósmico, ocorrido uma fração de segundo após o Big Bang, gerasse poderosos tsunamis no próprio tecido do espaço, que por sua vez "torceriam" a polaridade das partículas da radiação cósmica de fundo.

Ao enxergar esses padrões espiralados, a equipe liderada por John Kovac, do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica, identificou os efeitos gravitacionais diretos da inflação.



Observar essas sutilezas exige condições excepcionais. "O polo Sul é o mais próximo que você pode chegar do espaço e ainda estar no chão", disse Kovac, durante a coletiva que anunciou os resultados, ontem.



CONFIRMAÇÃO

Por falar em espaço, uma das surpresas do achado é que ele não foi feito primeiramente pela equipe do satélite europeu Planck, projetado especificamente para estudar a radiação cósmica de fundo.

"Trata-se de uma descoberta tão importante que exige cautela", afirma Odylio Aguiar, físico especialista em ondas gravitacionais da USP que não está envolvido com o experimento americano. "A gente tem que esperar a equipe do Planck se manifestar."

A expectativa é que as análises dos dados do satélite sejam apresentadas ainda este ano. Caso apontem na mesma direção das conclusões do BICEP2, uma revolução na compreensão do Universo terá se iniciado.

Primeiro, porque permitirá excluir uma série de sugestões teóricas de como o Universo se formou e evoluiu em seus primeiros instantes. "O número de modelos que caem com isso é enorme", diz Aguiar. "Isso sem falar nos modelos que não previam inflação, que caem todos."

Outra consequência importante é que o achado oferecerá dados observacionais que têm uma ligação tão grande com a força gravitacional –descrita pela relatividade geral– como com a física das menores escalas –delineada pela mecânica quântica.

Até hoje, não há uma teoria unificadora que combine efetivamente esses dois pilares da física moderna. Mas será preciso juntá-los para compreender de forma completa o significado da inflação.

"Isso pode mesmo abrir caminho para um esclarecimento melhor da gravidade e do mundo quântico", afirma o físico brasileiro. "Afinal, estamos falando de uma colossal manifestação gravitacional num momento que os efeitos quânticos eram dominantes."

Seja o que for que o futuro reserva aos físicos, é fato que nunca a ciência chegou tão perto do momento em que o Universo como o conhecemos nasceu. Tão próximos quanto o primeiro segundo.

REAÇÃO EMOCIONADA

Há 30 anos, o físico teórico da Universidade Stanford Andrei Lindei foi um dos autores de um artigo que detalhava como o Universo se expandiu em uma taxa exponencial frações de segundos após o Big Bang.

Quando foi anunciado ontem que cientistas descobriram a evidência dessa expansão, Chao-Lin Kuo, um dos colegas de Lindei, avisou o físico sobre a grande notícia do dia.