Este artigo foi publicado originalmente em A conversa. A publicação contribuiu com o artigo para Space.com’s Vozes de especialistas: artigos de opinião e insights.
A forma de o universo não é algo em que pensamos com frequência. Mas os meus colegas e eu publicámos um novo estudo que sugere que pode ser assimétrico ou desequilibrado, o que significa que não é o mesmo em todas as direções.
Devemos nos preocupar com isso? Bem, o “modelo cosmológico padrão” de hoje – que descreve a dinâmica e a estrutura de todo o cosmos – baseia-se diretamente na suposição de que é isotrópico (parece o mesmo em todas as direções) e homogêneo quando calculado em média em grandes escalas.
Mas várias das chamadas “tensões” – ou divergências nos dados – colocam desafios a esta ideia de um universo uniforme.
Nós temos apenas publicou um artigo olhando para uma das mais significativas dessas tensões, chamada anomalia do dipolo cósmico. Concluímos que a anomalia do dipolo cósmico representa um sério desafio à descrição mais amplamente aceita do universo, o modelo cosmológico padrão (também chamado de modelo cosmológico padrão). Modelo Lambda-CDM).
Então, o que é a anomalia do dipolo cósmico e por que é um problema tão grande para as tentativas de fornecer um relato detalhado do cosmos?
Vamos começar com o fundo cósmico de micro-ondas (CMB)que é a radiação relíquia que sobrou do Big Bang. A CMB é uniforme no céu, dentro de uma parte em cem mil.
Assim, os cosmólogos sentem-se confiantes em modelar o universo usando a descrição “maximamente simétrica” do espaço-tempo na teoria de Einstein. relatividade geral. Esta visão simétrica do universo, onde parece igual em todos os lugares e em todas as direções, é conhecida como “descrição FLRW”.
Isto simplifica enormemente a solução das equações de Einstein e é a base para o modelo Lambda-CDM.
Mas existem várias anomalias importantes, incluindo uma amplamente debatida chamada Tensão Hubble. É nomeado após Edwin Hubble, a quem se atribui a descoberta em 1929 de que o universo está se expandindo.
A tensão começou a emergir de diferentes conjuntos de dados na década de 2000, principalmente do Telescópio espacial Hubble, e também dados recentes do satélite Gaia. Esta tensão é um desacordo cosmológico, onde as medições da taxa de expansão do universo desde os seus primeiros dias não coincidem com as medições do universo próximo (mais recente).
A anomalia do dipolo cósmico recebeu muito menos atenção do que a tensão de Hubble, mas é ainda mais fundamental para a nossa compreensão do cosmos. Então o que é isso?
Tendo estabelecido que a radiação cósmica de fundo é simétrica em grandes escalas, foram encontradas variações nesta radiação relíquia do big bang. Uma das mais significativas é chamada de anisotropia dipolo CMB. Esta é a maior diferença de temperatura na CMB, onde um lado do céu é mais quente e o lado oposto mais frio – cerca de uma parte em mil.
Esta variação no CMB não desafia o modelo Lambda-CDM do universo. Mas deveríamos encontrar variações correspondentes em outros dados astronômicos.
Em 1984, George Ellis e John Baldwin perguntaram se uma variação semelhante, ou “anisotropia dipolo”, existe na distribuição do céu de fontes astronômicas distantes, como galáxias de rádio e quasares. As fontes devem estar muito distantes porque fontes próximas podem criar um “dipolo de agrupamento” espúrio.
Se a suposição FLRW do “universo simétrico” estiver correta, então esta variação em fontes astronômicas distantes deve ser determinada diretamente pela variação observada na CMB. Isto é conhecido como Teste de Ellis-Baldwindepois dos astrônomos.
A consistência entre as variações no CMB e na matéria apoiaria o modelo Lambda-CDM padrão. A discórdia desafiaria isso diretamente e, de fato, a descrição do FLRW. Por se tratar de um teste muito preciso, o catálogo de dados necessário para realizá-lo só foi disponibilizado recentemente.
O resultado é que o universo falha no teste de Ellis-Baldwin. A variação na matéria não corresponde à da CMB. Uma vez que as possíveis fontes de erro são bastante diferentes para telescópios e satélites, e para diferentes comprimentos de onda no espectro, é reconfortante que o mesmo resultado seja obtido com radiotelescópios terrestres e satélites observando em comprimentos de onda do infravermelho médio.
A anomalia do dipolo cósmico estabeleceu-se assim como um grande desafio ao modelo cosmológico padrão, mesmo que a comunidade astronómica tenha optado por ignorá-la em grande parte.
Isso pode ocorrer porque não há uma maneira fácil de resolver esse problema. Requer abandonar não apenas o modelo Lambda-CDM, mas a própria descrição do FLRW, e voltar à estaca zero.
No entanto, espera-se uma avalanche de dados de novos satélites como Euclides e SPHEREx, e telescópios como o Observatório Vera Rubin e o Square Kilometer Array. É concebível que em breve possamos receber novos insights ousados sobre como construir um novo modelo cosmológico, aproveitando os avanços recentes num subconjunto de inteligência artificial (IA) chamado aprendizagem automática.
O impacto seria verdadeiramente enorme na física fundamental – e na nossa compreensão do universo.
