Que forma é o Universo? Um Novo Estudo Sugere que Estamos Todos Errados

Os cientistas de Planck notaram o efeito de lente maior do que o esperado anos atrás; a anomalia apareceu de forma mais proeminente em sua análise final do conjunto de dados completo, lançado no ano passado. Se o universo é plano, os cosmólogos esperam que uma medida de curvatura caia dentro de cerca de um “desvio padrão” de zero, devido a flutuações estatísticas aleatórias nos dados. Mas tanto a equipe do Planck quanto os autores do novo artigo descobriram que os dados da CMB se desviam por 3,4 desvios padrão. Assumindo que o universo é plano, este é um grande acaso – mais ou menos equivalente a colocar cabeças numa moeda atirada 11 vezes seguidas, o que acontece menos de 1% do tempo. A equipa Planck atribui a medida a um tal acaso, ou a algum efeito não contabilizado que embaça a luz CMB, imitando o efeito da 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 ingredientes chave do nosso universo, como a quantidade de matéria escura e energia escura, medindo variações na cor da luz CMB vinda 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 bônus do modelo de universo fechado de “realmente interessante”. Mas ele notou que as discrepâncias entre as pequenas e grandes variações observadas na luz CMB podem facilmente ser flutuações estatísticas em si, ou podem originar-se do mesmo erro não identificado que pode afetar a medida da lente.

Existem apenas seis dessas propriedades chave que moldam o universo, de acordo com a teoria padrão da cosmologia, que é conhecida como ΛCDM (nome dado à energia escura, representada pela letra grega Λ, ou lambda, e à matéria escura fria). Com apenas seis números, ΛCDM descreve com precisão quase todas as características do cosmos. E ΛCDM não prevê nenhuma curvatura; diz que o universo é plano.

O novo artigo efetivamente argumenta que talvez precisemos adicionar um sétimo parâmetro a ΛCDM: um número que descreve a curvatura do universo. Para a medida 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 conta todas as outras coisas que o ΛCDM acerta. Claro, podemos nos concentrar nessa anomalia – uma moeda surgindo 11 vezes seguidas – e dizer que algo está errado. Mas o CMB é um conjunto de dados tão grande que é como atirar uma moeda ao ar centenas ou milhares de vezes. Não é muito difícil imaginar que ao fazê-lo, vamos encontrar uma série aleatória de 11 cabeças. Os físicos chamam a isto o efeito “olhar para outro lado”.

Outras vezes, os investigadores notam que o sétimo parâmetro não é necessário para a maioria das outras medidas. Há uma segunda maneira de se obter a curvatura espacial da CMB, medindo correlações entre a luz de conjuntos de quatro pontos no céu; esta medida de “reconstrução da lente” indica que o universo é plano, não sendo necessário o sétimo parâmetro. Além disso, as observações independentes de sinais cosmológicos, chamadas oscilações acústicas de bariões, do BOSS survey, também apontam para a planicidade. Planck, na sua análise de 2018, combinou a sua medição da lente com estas duas outras medições e chegou a um valor global para a curvatura espacial dentro de um desvio padrão de zero.

Di Valentino, Melchiorri e Silk pensam que, juntando estes três conjuntos de dados diferentes, mascara o facto de os diferentes conjuntos de dados não estarem de acordo. “A questão aqui não é que o universo está fechado”, disse Melchiorri por e-mail. “O problema é a inconsistência entre os dados. Isto indica que não existe actualmente um modelo de concordância e que nos está a faltar algo.” Em outras palavras, ΛCDM está errado ou incompleto.

Todos os outros pesquisadores consultados para este artigo acham que o peso da evidência aponta para o universo ser plano. “Dadas as outras medidas”, disse Addison, “a interpretação mais clara deste comportamento dos dados do Planck é que é uma flutuação estatística”. Talvez seja causado por alguma imprecisão na análise de Planck, ou talvez seja completamente apenas flutuações de ruído ou casualidade. Mas de qualquer forma, não há realmente uma razão para levar este modelo fechado a sério”

Isso não quer dizer que não faltem peças no quadro cosmológico. ΛCDM aparentemente prevê o valor errado para a atual taxa de expansão do universo, causando uma controvérsia conhecida como o problema da constante Hubble. Mas supondo que o universo está fechado não resolve este problema – na verdade, adicionar curvatura piora a previsão da taxa de expansão. Além da medida anômala da lente de Planck, não há razão para pensar que o Universo está fechado.

“O tempo dirá, mas eu não estou, pessoalmente, terrivelmente preocupado com esta”, disse Kinney, referindo-se à sugestão de curvatura nos dados CMB. “É de um tipo com anomalias semelhantes que provaram ser vapor”

Atualização: 15 de julho de 2020
Novas medições do fundo cósmico de microondas pelo Telescópio Cosmológico Atacama Cosmology descobrem que o universo é plano, com uma densidade correspondente à densidade crítica. “Não encontramos nenhuma evidência de desvio da planicidade”, escrevem os cientistas do ACT, “apoiando a interpretação de que se trata de uma flutuação estatística”

Corrigido em 4 de novembro de 2019: A versão original deste artigo referia-se ao satélite BOSS. Na verdade, o levantamento BOSS foi realizado em um telescópio terrestre.

Este artigo foi reimpresso em espanhol em Investigacionyciencia.es.