domingo, 16 de maio de 2021

Como evoluiu o Universo e o que havia antes?

Há cerca de 100 anos surgiam as teorias e observações do cosmos que abriram caminho para as primeiras respostas

https://www.numerama.com/sciences/630498-expansion-de-lunivers-de-nouvelles-mesures-remettent-en-cause-le-modele-standard.html

Einstein, Friedmann, Lemaître e Hubble são os principais autores dos estudos que, na década de 1920, permitiram explicar a origem do Universo e sua evolução.

Com auxílio dos primeiros telescópios superpotentes, o astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) descobre a existência de outras galáxias, além da Via Láctea. Mas não só isso. Ele demonstra em 1929 que essas galáxias se afastam umas das outras a uma velocidade proporcional à distância entre elas.

Em 1927 e de modo independente, a relação velocidade-distância entre galáxias fora descoberta pelo astrônomo belga Georges Lemaître. Daí que, em 2018, a “Lei de Hubble”, atribuída ao cientista americano, passa a chamar-se “Lei de Hubble-Lemaître”. É considerada uma peça-chave da expansão do Universo.

Consequência dessa lei, a “constante de Hubble” designa a taxa de expansão do Universo em um dado instante. Ela é fundamental para determinar a distância entre as galáxias em função da velocidade: quanto mais longe umas das outras, mais rápido elas se afastam.

Atualmente, estima-se que a constante de Hubble tem o valor médio de cerca de 70 km/s por Mpc (Mega-parsec, uma unidade astronômica de comprimento, igual a 3,26 “anos-luz”); graças a ela foi possível chegar ao número de 13,8 bilhões de anos para a idade aproximada do Universo.

Dois métodos são usados para medir a constante de Hubble: o do fundo cosmológico difuso e o da medida local de distância. O primeiro resulta da “radiação fóssil”, uma relíquia do Universo primordial descoberta em 1965 e detectada pelo satélite Planck em 2009, que nasce 380 mil anos após o Big Bang.

O segundo baseia-se nas “velas padrão”, objetos astronômicos com luminosidade conhecida, que permitem determinar distâncias extragalácticas. As Supernovas, estrelas em final de vida, são velas padrão usadas para medir a distância entre galáxias.

O problema é que os valores da constante de Hubble obtidos por cada um desses métodos diferem em quase 10%. E ainda não se sabe a razão dessa disparidade. As hipóteses mais comuns questionam a precisão do modelo matemático e do método de medição e até a necessidade de uma nova física capaz de explicar tal discrepância.

Há ainda outras teorias, mais originais, como por exemplo a ideia de que nossa galáxia é delimitada por uma “bolha gigante”, que ocupa uma região do espaço de baixa densidade. A visão do cosmos observada a partir dessa bolha explicaria a perturbação da medida da constante de Hubble. É a hipótese proposta por Lucas Lombriser, professor de física teórica da Universidade de Genebra (Suíça).

Como explica a astrônoma do Observatório francês Midi-Pyrénées, Geneviève Soucail, a constante de Hubble é importante para entender a evolução do Universo. “Seu valor é um indicador da idade global do Universo em um dado instante a partir do Big Bang”, diz Soucail.

A observação do cosmos nos dá a impressão de que as galáxias se afastam umas das outras, mas na verdade é o próprio espaço que se expande. A questão é saber com que velocidade ele está se expandindo. Daí a importância de saber com exatidão o valor da constante de Hubble.

O astrofísico e divulgador de ciência canadense Hubert Reeves destaca dois outros importantes legados de Edwin Hubble: que o Universo é gigantesco ou muito maior do que se imaginava (sabe-se hoje que contém centenas de bilhões de galáxias) e que as galáxias se movimentam de modo estruturado (até então supunha-se que elas se movimentavam aleatoriamente).

“Uma imagem que ilustra bem a expansão do Universo é a de um panettone de passas assando no forno. À medida que ele cresce, as passas próximas do centro se afastam lentamente, enquanto as que estão longe se afastam mais rapidamente umas das outras”, explica Reeves.

Outra contribuição relevante para explicar a evolução do Universo foi dada por Alexander Friedmann (1988-1925). O matemático e cosmólogo russo foi o pioneiro na resolução das equações de campo de Einstein, cujas soluções forneceram as primeiras evidências da expansão do Universo e os fundamentos da teoria do Big Bang.

Mas, o que significa o Universo estar em expansão? Significa que ele tem uma história. E essa história remonta ao Big Bang. E suscita uma outra pergunta: o que havia antes do Big Bang? O astrofísico e youtuber francês Aurélien Barreau, especialista em buracos negros e cosmologia, responde.

A resposta pode ser dada do ponto de vista da Relatividade Geral ou de teorias especulativas “que não contam com o mesmo nível de corroboração experimental”, diz Barreau. A teoria de Einstein mostra que a geometria espaço-tempo responde dinamicamente à presença da matéria, constituindo uma substância em permanente evolução.

É desse prisma que se compreende a expansão do Universo. “Não se trata do deslocamento de corpos dentro de um espaço, mas sim do próprio espaço que se dilata”. Em outras palavras, o que ocorre é um movimento próprio do espaço-tempo, conforme descrevem as equações de Einstein, explica Barreau.

Se regressamos no tempo 13,8 bilhões de anos, chegamos ao Big Bang. De acordo com a cosmologia moderna, tudo o que observamos hoje no cosmos estava concentrado, naquele momento, em uma esfera minúscula, menor do que a cabeça de um alfinete.

Cabe frisar que a Relatividade Geral só funciona a partir de uma pequena fração de tempo desde o Big Bang. Pesquisadores da Universidade de Copenhague (Dinamarca) descobriram a matéria existente no primeiro microssegundo (um milionésimo de segundo) após o Big Bang: um tipo específico de plasma composto de quarks e glúons.

O Universo, inicialmente quente e denso, teria se expandido rapidamente, transformando partes de quarks em hádrons. “Um hádron e três quarks formam um próton, que compõem os núcleos dos átomos que constituem a Terra, nós mesmos e o Universo que nos rodeia”, explica You Zhou, um dos autores da pesquisa, publicada na revista Physics Letters B no último dia 11.

Mas se retrocedemos ao momento inicial exato, as coisas se complicam, esclarece Barreau, pois “no instante zero temos o que chamamos em matemática de ‘singularidade’, quando as grandezas físicas se tornam infinitas e a teoria de Einstein, que traduz perfeitamente todos os movimentos dos astros, das estrelas aos buracos negros, não funciona mais”.

“Remontar ao Big Bang é perfeitamente previsto pela teoria. Mas se indagamos o que havia antes dele, temos uma questão falsa. E por que é falsa? Porque não há o ‘antes’. A rigor, espaço e tempo são a mesma coisa, são dois aspectos da mesma entidade subjacente. É como perguntar a um explorador que chega ao Polo Norte o que ele encontrou ao norte do Polo Norte”, afirma Barreau.

O midiático astrofísico pondera, no entanto, que a questão é considerada “falsa” porque a resposta emana de uma teoria que não se aplica ao exato instante do Big Bang. Isto porque a Relatividade Geral não é capaz de descrever fenômenos do microcosmos, um domínio da física quântica.

Para descrever o instante zero do Universo, as duas teorias devem ser utilizadas ao mesmo tempo, já que naquele instante coabitam um campo gravitacional e um regime quântico. “Consequentemente, é necessária uma teoria que leve em conta os dois aspectos, à qual chamamos ‘modelo de gravitação quântica’, o Graal da Física Quântica”, conclui Barreau.

Fontes: https://www.numerama.com/sciences/630498-expansion-de-lunivers-de-nouvelles-mesures-remettent-en-cause-le-modele-standard.html

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0370269320301076?via%3Dihub

https://www.youtube.com/watch?v=AGUdw09CYw0

https://www.revistaplaneta.com.br/o-que-aconteceu-no-primeiro-microssegundo-do-big-bang-confira/

https://www.youtube.com/watch?v=130ryGKmf8o

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