E se o Universo não fosse simétrico? Esta ideia, que vai contra o que os cientistas pensavam há muito tempo, emerge de novos estudos sobre as grandes estruturas cósmicas. Em vez de ser uniforme em todas as direções, o nosso cosmos pode apresentar desequilíbrios fundamentais, colocando em causa os próprios fundamentos da cosmologia moderna.
Durante décadas, os investigadores construíram os seus modelos com base na hipótese de que o Universo é isotrópico e homogéneo em grande escala. Esta visão, integrada no modelo padrão chamado Lambda-CDM, simplifica consideravelmente os cálculos e guia a nossa compreensão da evolução cósmica. No entanto, várias inconsistências observadas entre diferentes medições começam a abalar esta imagem de um cosmos perfeitamente regular.
Uma ilustração mostrando galáxias a curvar o tecido do espaço-tempo num universo em expansão.
Crédito: NASA/JPL-Caltech Entre estas anomalias, o dipolo cósmico destaca-se pela sua importância. Trata-se de um desvio de temperatura na radiação cósmica de fundo, a radiação residual do Big Bang, onde um lado do céu aparece ligeiramente mais quente que o oposto. Esta diferença, embora pequena, é significativa e tinha sido explicada no âmbito do modelo padrão sem questionar os seus fundamentos.
Para verificar a consistência desta assimetria, os astrónomos desenvolveram um teste baseado na distribuição de matéria distante, como as galáxias de rádio e os quasares. Este teste, conhecido como Ellis-Baldwin, compara as diferenças na radiação cósmica de fundo com as observadas na distribuição dos objetos celestes. Se o Universo fosse realmente simétrico, estas duas medições deveriam corresponder perfeitamente.
Os resultados deste teste são surpreendentes: as diferenças na matéria não correspondem às da radiação cósmica de fundo. Esta discrepância foi confirmada por diferentes observações, utilizando tanto radiotelescópios terrestres como satélites de infravermelhos. Isto indica que a hipótese de um Universo simétrico, na qual se baseia o modelo Lambda-CDM, pode estar incorreta.
Esta descoberta abre caminho para uma revisão profunda da cosmologia. Novos instrumentos, como o satélite Euclides ou o observatório Vera Rubin, fornecerão em breve dados mais precisos que podem ajudar a elaborar um modelo cosmológico alternativo. Os avanços em inteligência artificial também podem desempenhar um papel nesta busca para descrever melhor a estrutura real do nosso cosmos.
Esta imagem do telescópio espacial James Webb mostra uma região profunda do céu, permitindo estudar objetos distantes para testar a simetria do Universo.
Crédito: ESA/Webb, NASA & CSA, G. Östlin, P. G. Perez-Gonzalez, J. Melinder, the JADES Collaboration, the MIDIS collaboration, M. Zamani (ESA/Webb) O modelo Lambda-CDM: pedra angular da cosmologia
O modelo Lambda-CDM é o quadro principal usado pelos cientistas para descrever a evolução e a composição do Universo. Combina dois elementos chave: uma constante cosmológica, designada por Lambda, que representa a energia escura responsável pela aceleração da expansão, e a matéria escura fria, abreviada como CDM, que influencia a formação de grandes estruturas como as galáxias. Este modelo baseia-se na ideia de que o Universo é isotrópico, ou seja, parece idêntico em todas as direções, e homogéneo em grande escala, com uma distribuição uniforme da matéria.
Desde a sua formulação, o modelo Lambda-CDM permitiu explicar muitas observações, como a radiação cósmica de fundo e a abundância de elementos leves. Fornece uma cronologia coerente da história cósmica, desde o Big Bang até à formação de estrelas e galáxias. No entanto, permanece incompleto, porque não descreve diretamente a natureza da energia escura ou da matéria escura, que em conjunto constituem a maior parte do conteúdo do Universo.
As tensões recentes, como a do dipolo cósmico, testam a validade deste modelo. Se estas anomalias persistirem, podem exigir ajustes importantes ou mesmo o desenvolvimento de um novo paradigma cosmológico. Os investigadores estão atualmente a explorar alternativas, incluindo modificações das leis da gravidade ou a introdução de novos componentes cósmicos, para dar conta das observações discordantes.
Isotropia e homogeneidade: princípios fundamentais do Universo
Em cosmologia, a isotropia e a homogeneidade são dois princípios que simplificam consideravelmente o estudo do Universo. A isotropia significa que o Universo parece o mesmo em todas as direções quando observado de qualquer ponto. A homogeneidade, por sua vez, implica que a distribuição da matéria é uniforme em escalas muito grandes, sem regiões privilegiadas. Estas ideias são centrais no modelo FLRW (para métrica Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker), que descreve o espaço-tempo no quadro da relatividade geral de Einstein.
Estes princípios são apoiados por observações como a uniformidade da radiação cósmica de fundo, que mostra desvios de temperatura muito pequenos através do céu. Permitem que os cientistas modelem o Universo como um todo coerente, usando equações simplificadas para prever a sua expansão e estrutura. Sem estas hipóteses, os cálculos cosmológicos tornariam-se extremamente árduos, porque seria necessário ter em conta muitas assimetrias locais.
No entanto, os novos estudos sobre o dipolo cósmico e outras anomalias mostram que estes princípios podem não ser absolutamente verdadeiros. Se o Universo apresentar efetivamente assimetrias significativas em grande escala, isso colocaria em causa não apenas os modelos atuais, mas também a nossa compreensão fundamental da geometria cósmica. Isto abriria a porta a novas teorias para explicar por que o Universo não é perfeitamente simétrico.
Fonte: Reviews of Modern Physics