Não só uma constante universal parece irritantemente inconstante nas franjas externas do cosmos, ocorre em apenas uma direção, o que é totalmente estranho.

Aqueles que estão ansiosos pelo dia em que a Grande Teoria Unificadora de Tudo da ciência poderia ser usada em uma camiseta podem ter que esperar um pouco mais enquanto os astrofísicos continuam a encontrar indícios de que uma das constantes cosmológicas não é tão constante, afinal.

Em um artigo publicado em Avanços da Ciência , cientistas da UNSW Sydney relataram que quatro novas medições de luz emitida por um quasar a 13 bilhões de anos-luz de distância reafirmam estudos anteriores que encontraram pequenas variações na constante de estrutura fina.

O professor John Webb da UNSW Science diz que a constante de estrutura fina é uma medida do eletromagnetismo - uma das quatro forças fundamentais da natureza (as outras são a gravidade, força nuclear fraca e força nuclear forte).

"A constante de estrutura fina é a quantidade que os físicos usam como uma medida da força da força eletromagnética, "Professor Webb diz.

"É um número adimensional e envolve a velocidade da luz, algo chamado constante de Planck e a carga do elétron, e é uma proporção dessas coisas. E é o número que os físicos usam para medir a força da força eletromagnética. "

A força eletromagnética mantém os elétrons zunindo em torno de um núcleo em cada átomo do universo - sem ela, toda a matéria se dispersaria. Até recentemente, acreditava-se que era uma força imutável ao longo do tempo e do espaço. Mas nas últimas duas décadas, O professor Webb notou anomalias na constante de estrutura fina, por meio da qual a força eletromagnética medida em uma direção específica do universo parece ligeiramente diferente.

"Encontramos uma dica de que esse número da constante de estrutura fina era diferente em certas regiões do universo. Não apenas em função do tempo, mas na verdade também na direção do universo, o que é muito estranho se estiver correto ... mas foi o que descobrimos. "

Procurando por pistas

Sempre cético, quando o professor Webb encontrou pela primeira vez esses primeiros sinais de medições um pouco mais fracas e fortes da força eletromagnética, ele pensou que poderia ser uma falha do equipamento, ou de seus cálculos ou algum outro erro que levou às leituras incomuns. Foi olhando para alguns dos quasares mais distantes - corpos celestes massivos que emitem energia excepcionalmente alta - nas bordas do universo que essas anomalias foram observadas pela primeira vez usando os telescópios mais poderosos do mundo.

"Os quasares mais distantes que conhecemos estão a cerca de 12 a 13 bilhões de anos-luz de nós, "Professor Webb diz.

"Então, se você pode estudar a luz em detalhes de quasares distantes, você está estudando as propriedades do universo como ele era quando estava na infância, apenas um bilhão de anos. O universo então era muito, muito diferente. Não existiam galáxias, as primeiras estrelas se formaram, mas certamente não havia a mesma população de estrelas que vemos hoje. E não havia planetas. "

Ele diz que no estudo atual, a equipe analisou um desses quasares que lhes permitiu sondar até quando o universo tinha apenas um bilhão de anos, o que nunca havia sido feito antes. A equipe fez quatro medições da constante fina ao longo da linha de visão desse quasar. Individualmente, as quatro medições não forneceram nenhuma resposta conclusiva quanto à existência ou não de mudanças perceptíveis na força eletromagnética. Contudo, quando combinado com muitas outras medições entre nós e quasares distantes feitas por outros cientistas e não relacionadas a este estudo, as diferenças na constante de estrutura fina tornaram-se evidentes.

Um universo estranho

"E parece apoiar a ideia de que pode haver uma direcionalidade no universo, o que é realmente muito estranho, "Professor Webb diz.

"Portanto, o universo pode não ser isotrópico em suas leis da física - uma que é a mesma, estatisticamente, em todas as direções. Mas de fato, pode haver alguma direção ou direção preferencial no universo onde as leis da física mudam, mas não na direção perpendicular. Em outras palavras, o universo em algum sentido, tem uma estrutura de dipolo.

"Em uma direção específica, podemos olhar para trás 12 bilhões de anos-luz e medir o eletromagnetismo quando o universo era muito jovem. Colocando todos os dados juntos, o eletromagnetismo parece aumentar gradualmente à medida que olhamos mais longe, enquanto na direção oposta, diminui gradualmente. Em outras direções do cosmos, a constante de estrutura fina permanece apenas isso - constante. Essas novas medições muito distantes levaram nossas observações mais longe do que jamais foi alcançado antes. "

Em outras palavras, no que se pensava ser uma distribuição arbitrariamente aleatória de galáxias, quasares, buracos negros, estrelas, nuvens de gás e planetas - com vida florescendo em pelo menos um pequeno nicho dela - o universo de repente parece ter o equivalente a um norte e um sul. O professor Webb ainda está aberto à ideia de que, de alguma forma, essas medições feitas em diferentes estágios usando diferentes tecnologias e de diferentes locais da Terra são na verdade uma grande coincidência.

"Isso é algo levado muito a sério e considerado, muito corretamente com ceticismo, até por mim, embora eu tenha feito o primeiro trabalho com meus alunos. Mas é algo que você precisa testar porque é possível que vivamos em um universo estranho. "

Mas acrescentando ao lado do argumento que diz que essas descobertas são mais do que mera coincidência, uma equipe nos Estados Unidos trabalhando de forma totalmente independente e desconhecida do professor Webb, fez observações sobre raios X que pareciam se alinhar com a ideia de que o universo tem algum tipo de direcionalidade.

"Eu não sabia nada sobre este artigo até que apareceu na literatura, " ele diz.

"E eles não estão testando as leis da física, eles estão testando as propriedades, as propriedades de raios-X de galáxias e aglomerados de galáxias e distâncias cosmológicas da Terra. Eles também descobriram que as propriedades do universo nesse sentido não são isotrópicas e há uma direção preferencial. E vejam só, a direção deles coincide com a nossa. "

Vida, o universo e tudo

Embora ainda queira ver testes mais rigorosos de ideias de que o eletromagnetismo pode flutuar em certas áreas do universo para dar a ele uma forma de direcionalidade, O professor Webb diz que se essas descobertas continuarem a ser confirmadas, eles podem ajudar a explicar por que nosso universo é do jeito que é, e por que há vida nisso tudo.

"Por muito tempo, pensa-se que as leis da natureza parecem perfeitamente ajustadas para estabelecer as condições para que a vida floresça. A força da força eletromagnética é uma dessas grandezas. Se fosse apenas um pouco diferente do valor que medimos na Terra, a evolução química do universo seria completamente diferente e a vida pode nunca ter continuado. Isso levanta uma questão tentadora:essa "situação dos Cachinhos Dourados, onde quantidades físicas fundamentais, como a constante de estrutura fina, são "certas" para favorecer nossa existência, se aplicam a todo o universo? "

Se houver uma direcionalidade no universo, Professor Webb argumenta, e se o eletromagnetismo for ligeiramente diferente em certas regiões do cosmos, os conceitos mais fundamentais que sustentam grande parte da física moderna precisarão de revisão.

"Nosso modelo padrão de cosmologia é baseado em um universo isotrópico, aquele que é o mesmo, estatisticamente, em todas as direções, " ele diz.

"O próprio modelo padrão é baseado na teoria da gravidade de Einstein, que assume explicitamente a constância das leis da Natureza. Se esses princípios fundamentais acabarem sendo apenas boas aproximações, as portas estão abertas para alguns muito emocionantes, novas ideias em física. "

A equipe do professor Webb acredita que este é o primeiro passo para um estudo muito maior que explora muitas direções no universo, usando dados provenientes de novos instrumentos nos maiores telescópios do mundo. Novas tecnologias estão surgindo para fornecer dados de maior qualidade, e novos métodos de análise de inteligência artificial ajudarão a automatizar as medições e realizá-las mais rapidamente e com maior precisão.