Os cosmólogos têm lutado para explicar por que o nosso universo 3D se originou de uma pequena esfera de 10 a 23 cm que nasceu há cerca de 13,8 bilhões de anos. A origem da expansão cósmica, denominada inflação, é um dos conceitos mais significativos para a compreensão do início do universo dentro do paradigma cosmológico atual, o chamado modelo padrão de cosmologia ou modelo LambdaCDM.
Uma abordagem típica é assumir que o universo nasceu de uma fase suave e quase homogênea, conhecida como época inflacionária. A inflação cósmica propõe que o universo primitivo sofreu uma rápida expansão exponencial, que esticou e suavizou quaisquer rugas e heterogeneidades de um estado inicial. No entanto, esta imagem simples enfrenta desafios quando examinada em detalhe, particularmente no que diz respeito à origem e natureza das estruturas cósmicas observadas.
Uma equipa de investigação internacional liderada pelo professor Syksy Rasanen da Universidade de Helsínquia propõe um cenário alternativo que desafia o modelo padrão da cosmologia. Eles sugerem que, em vez de começar com uma condição inicial suave, o universo primitivo poderia ter sido preenchido com nós intrincados ou redes de defeitos topológicos.
Nesta nova estrutura, chamada de “cosmologia complicada” ou “cosmologia de defeitos”, os pesquisadores exploram como a evolução dessas estruturas topológicas pode dar origem ao universo observado. Os nós podem levar à formação de bolhas que, por meio de colisões, criam nós e bolhas adicionais, resultando em uma estrutura complexa semelhante a uma teia. Este cenário afasta-se do paradigma inflacionista típico ao introduzir um nível de complexidade e heterogeneidade no universo primitivo.
De acordo com os investigadores, esta intrincada rede de defeitos pode ser a fonte da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) observada, que fornece um instantâneo das condições do Universo quando este tinha cerca de 380.000 anos. A equipe demonstra como a colisão e aniquilação de defeitos topológicos podem produzir características na CMB que se aproximam das observações reais.
Além disso, mostram como a rede de defeitos também pode levar à formação de estruturas cósmicas em grande escala, como aglomerados de galáxias e filamentos, através de um processo denominado instabilidade gravitacional induzida por defeitos topológicos. Esta abordagem fornece uma explicação alternativa de como as estruturas cósmicas surgiram no universo primitivo, desafiando a imagem tradicional da formação de estruturas de baixo para cima.
A complicada estrutura da cosmologia abre novos caminhos para a compreensão da origem e evolução do universo. Ao introduzir defeitos topológicos como um ingrediente fundamental no universo primitivo, os investigadores oferecem uma nova perspectiva sobre algumas das questões mais profundas da cosmologia.