Comparação entre a resolução dos dados CMB coletados pelo Planck e SPT-3G. Crédito:O telescópio do Pólo Sul:https://pole.uchicago.edu/public/Home.html Graças ao crescimento vertiginoso das observações cósmicas e das ferramentas de medição e a alguns novos avanços (principalmente a "descoberta" do que chamamos de matéria escura e energia escura), tudo tendo como pano de fundo a Relatividade Geral, o início dos anos 2000 foi uma época em que nada parecia capaz de desafiando o avanço do nosso conhecimento sobre o cosmos, suas origens e sua evolução futura.
Embora estivéssemos cientes de que ainda havia muito a descobrir, a aparente concordância entre as nossas observações, cálculos e enquadramento teórico indicava que o nosso conhecimento do Universo iria crescer significativamente e sem interrupção.
No entanto, graças a observações e cálculos cada vez mais sofisticados, o surgimento de uma “falha” aparentemente pequena na nossa compreensão do universo provou ser capaz de emperrar engrenagens aparentemente perfeitamente lubrificadas. A princípio, pensou-se que poderia ser resolvido com cálculos e medições ainda mais precisos, mas não foi o caso.
A "tensão cosmológica" (ou Tensão de Hubble), é uma discrepância entre as duas maneiras pelas quais calculamos o chamado parâmetro de Hubble, H0 , que descreve a expansão do universo.
O parâmetro Hubble pode ser calculado seguindo dois caminhos:
- As observações astrofísicas de corpos celestes definidos como locais, ou seja, não muito distantes de nós:é possível calcular a velocidade com que corpos a diferentes distâncias se afastam. A expansão e H0 neste caso, é calculado comparando velocidades e distâncias.
- Os cálculos baseiam-se em dados da radiação cósmica de fundo em micro-ondas CMB, uma radiação fraca e extremamente distante que remonta ao início do Universo. As informações que coletamos a essa distância nos permitem calcular a taxa de expansão do universo e o parâmetro Hubble.
Essas duas fontes forneceram valores de H0 não exatamente iguais, mas muito próximos e consistentes , e na época parecia que os dois métodos apresentavam boa concordância. Bingo.
Foi por volta de 2013 quando percebemos que os “números não batiam”. “A discrepância que surgiu pode parecer pequena, mas dado que as barras de erro em ambos os lados estão a tornar-se muito menores, esta separação entre as duas medições está a tornar-se grande”, explica Khalife.
Os dois valores iniciais de H0 na verdade, não eram muito precisos e, como as “barras de erro” eram grandes o suficiente para se sobreporem, havia esperança de que futuras medições mais precisas finalmente coincidissem. “Então surgiu o experimento Planck, apresentando barras de erro muito pequenas em comparação com os experimentos anteriores”, mas ainda mantendo a discrepância, frustrando as esperanças de uma resolução fácil.
Planck foi um satélite lançado ao espaço em 2007 para coletar uma imagem da CMB tão detalhada como nunca antes. Os seus resultados divulgados alguns anos mais tarde confirmaram que a discrepância era real e o que era uma preocupação moderada transformou-se numa crise significativa. Resumindo:as seções mais recentes e próximas do universo que observamos contam uma história diferente, ou melhor, parecem obedecer a uma física diferente, das mais antigas e distantes, uma possibilidade muito improvável.
Se não for um problema de medições, então poderá ser uma falha na teoria, pensaram muitos. O modelo teórico atualmente aceito é denominado ΛCDM. ΛCDM é amplamente baseado na Relatividade Geral - a teoria mais extraordinária, elegante e repetidamente confirmada por observação sobre o universo formulada por Albert Einstein há mais de um século - e leva em consideração a matéria escura (interpretada como fria e de movimento lento) e a energia escura como uma constante cosmológica.
Nos últimos anos, vários modelos alternativos ou extensões ao modelo ΛCDM foram propostos, mas até agora nenhum se mostrou convincente (ou às vezes até trivialmente testável) na redução significativa da "tensão".
“É importante testar estes vários modelos, ver o que funciona e o que pode ser excluído, para que possamos estreitar o caminho ou encontrar novas direções a seguir”, explica Khalife. No seu novo artigo, ele e os seus colegas, com base em pesquisas anteriores, alinharam 11 destes modelos, trazendo alguma ordem à selva teórica que foi criada.
Os modelos foram testados com métodos analíticos e estatísticos em diferentes conjuntos de dados, tanto do universo próximo quanto do distante, incluindo os resultados mais recentes do SH0 ES (Supernova H0 para a Equação de Estado) e SPT-3G (a nova câmera atualizada do Telescópio do Pólo Sul, coletando o CMB). O trabalho foi publicado no Journal of Cosmology and Astroarticle Physics .
Três dos modelos selecionados que foram mostrados em trabalhos anteriores como soluções viáveis foram finalmente excluídos pelos novos dados que esta pesquisa considera. Por outro lado, os outros três modelos ainda parecem capazes de reduzir a tensão, mas isso não resolve o problema.
“Descobrimos que estes poderiam reduzir a tensão de uma forma estatisticamente significativa, mas apenas porque têm barras de erro muito grandes e as previsões que fazem são demasiado incertas para os padrões da investigação cosmológica”, diz Khalife.
“Há uma diferença entre resolver e reduzir:estes modelos estão a reduzir a tensão do ponto de vista estatístico, mas não a estão a resolver”, o que significa que nenhum deles está a prever um valor grande de H0 apenas a partir de dados CMB. De modo geral nenhum dos modelos testados se mostrou superior aos demais estudados neste trabalho na redução da tensão.
“A partir do nosso teste sabemos agora quais são os modelos que não devemos olhar para resolver a tensão”, conclui Khalife, “e também conhecemos os modelos que poderemos olhar no futuro”.
Este trabalho poderá servir de base para os modelos que serão desenvolvidos no futuro e, ao restringi-los a dados cada vez mais precisos, poderemos chegar mais perto do desenvolvimento de um novo modelo para o nosso universo.
