O Universo se fecha sobre si mesmo? Este método pode detectá-lo
Nosso modelo cosmológico do Universo, baseado na mecânica quântica e na relatividade geral, geralmente considera que o Universo é plano. No entanto, ele não diz nada sobre a topologia do próprio Universo: é infinito, tem loops, etc. O estudo da PRL foca nesse aspecto e na possibilidade de que os modelos atuais e os dados coletados sejam compatíveis com a presença dessas topologias exóticas ou não triviais.
Esta pesquisa faz parte da colaboração COMPACT, uma equipe internacional de cientistas. O professor Glenn D. Starkman, da Universidade Case Western Reserve em Ohio, discutiu o trabalho da equipe. Ele expressou seu interesse pela possibilidade de o Universo ter uma topologia "interessante", embora isso seja frequentemente considerado exótico.
O fundo cósmico de micro-ondas é uma radiação eletromagnética muito homogênea observada em todas as direções do céu, cujo pico de emissão está na faixa das micro-ondas. Prevista nos anos 1940 como um resquício do Big Bang, foi detectada por acaso em 1965.
Após o Big Bang, o Universo era uma sopa de partículas fundamentais e gás a temperaturas e pressões extremamente altas. Ao esfriar, as partículas formaram átomos, permitindo que os fótons viajassem livremente, marcando a propagação do fundo cósmico de micro-ondas, considerado uma "remanescência" do Big Bang.
Um mapa do fundo cósmico de micro-ondas.
Crédito: ESA e a colaboração Planck. noirlab.edu/public/images/CMB.
O fundo cósmico de micro-ondas está presente em toda parte e é geralmente uniforme em temperatura. No entanto, pequenas flutuações e anomalias ainda não foram explicadas. Os pesquisadores do estudo PRL propõem que essas anomalias poderiam ser explicadas por topologias não triviais do Universo.
A topologia é um ramo da matemática que lida com a forma e estrutura dos objetos. As regras da topologia diferem das da geometria, mas a geometria influencia a topologia. A geometria define como o espaço é curvado, enquanto a topologia define a conectividade do espaço, com curvas ou loops.
O professor Starkman explicou que o Universo poderia ser como um velho videogame, onde sair pelo lado direito da tela faria você reaparecer na esquerda, o que é chamado de múltiplas conexões.
Se o Universo fosse multiplemente conectado, observaríamos círculos de temperatura pareados, pois a luz proveniente de uma fonte poderia viajar por dois caminhos diferentes e chegar ao observador de duas direções. No entanto, nenhuma prova da existência desses círculos foi encontrada até o momento.
Os pesquisadores propõem métodos adicionais para detectar essa topologia, especialmente alterações nos padrões estatísticos das flutuações de temperatura nos dados do fundo cósmico de micro-ondas e na estrutura em grande escala do Universo. Essas detecções exigem um poder de computação enorme e o uso de algoritmos de aprendizado automático para acelerar os cálculos.
O professor Starkman espera que a pesquisa sobre a topologia cósmica seja retomada após uma pausa de uma década.