O Universo se comporta da mesma maneira em todos os lugares?

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/03/2025

Antes apenas uma preocupação, a Tensão de Hubble agora já é considerada uma crise da cosmologia.
[Imagem: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek]

Princípio Cosmológico

Físicos apresentaram uma nova metodologia para testar a suposição da homogeneidade e da isotropia cósmica, conhecida como Princípio Cosmológico. Encontrar evidências de anomalias no Princípio Cosmológico pode ter implicações profundas para nossa compreensão do Universo.

James Adam e colegas da Escola Internacional de Estudos Avançados (SISSA), na Itália, descobriram como fazer isto usando lentes gravitacionais fracas, um efeito de distorção da luz descrito pela Relatividade Geral, em imagens astronômicas coletadas por novos observatórios, como o telescópio espacial Euclides, lançado em 2023.

A teoria cosmológica padrão se baseia no Princípio Cosmológico, que afirma que o Universo é homogêneo e isotrópico em grandes escalas, ou seja, que não há um centro preferencial no Universo e que todos os pontos são equivalentes. "O Princípio Cosmológico é como um tipo máximo de declaração de humildade," disse James Adam, membro da equipe.

Uma outra suposição, similar, mas distinta e independente da homogeneidade, é que o Universo também é isotrópico, o que significa que ele não tem direções preferenciais. Ambas as suposições fundamentam o Modelo Padrão da Cosmologia, a estrutura teórica usada para explicar a origem, evolução e estado atual do Universo. Atualmente, é o modelo mais robusto e consistente, verificado por inúmeras observações científicas, embora ainda não seja perfeito.

De fato, algumas observações cosmológicas recentes sugerem que, em escalas extremamente grandes, pode haver anisotropias, ou seja, variações na estrutura do Universo que contestam a suposição da isotropia. Essas anomalias foram identificadas usando métodos diferentes e incluem medições conflitantes da taxa de expansão do Universo, estudos da radiação cósmica de fundo em micro-ondas e várias inconsistências nos dados cosmológicos.

Ilustração da técnica proposta pela equipe, que consiste em procurar correlações entre os dois modos da luz coletada das lentes gravitacionais fracas.
[Imagem: SISSA Medialab]

Lentes gravitacionais

Mas grandes descobertas exigem grandes provas, e a comunidade científica considera que as observações ainda não são suficientes para desbancar a teoria. Para descartar erros de medição, mais dados devem ser coletados usando metodologias independentes.

É aí que entra a proposta da equipe, uma nova metodologia para testar a isotropia do Universo usando observações de instrumentos mais recentes, como o Euclides, que acaba de começar a produzir imagens do cosmos com alcance, precisão e resolução sem precedentes.

"Investigamos um método diferente de restringir a anisotropia que envolve a chamada lente gravitacional fraca," explica Adam. As lentes gravitacionais são usadas há muito tempo em astronomia, permitindo enxergar corpos celestes que ficam fora da linha de visão da Terra - a luz do objeto escondido é curvada pela gravidade de um objeto massivo mais próximo de nós, fazendo-a chegar até nós mesmo que aquele objeto original esteja escondido bem atrás do objeto mais próximo.

Já as lentes gravitacionais fracas são exatamente o que seu nome diz, quando as galáxias massivas curvam a luz de galáxias de fundo mais distantes de modo muito sutil.

Outra crise na cosmologia envolve a energia escura, que alguns já defendiam simplesmente não existir, mas que agora foi frontalmente questionada pelo instrumento DESI.
[Imagem: NASA]

Temporada de novas teorias

As lentes gravitacionais fracas ajudam os astrônomos a estudar a distribuição da massa no Universo e como ela muda ao longo do tempo. Na verdade, a análise das lentes fracas permite separar a luz coletada pelo telescópio em dois componentes: Cisalhamento do modo E, que é gerado pela distribuição da matéria em um Universo isotrópico e homogêneo, e cisalhamento do modo B, que normalmente é muito fraco e não deveria aparecer em grandes escalas em um Universo isotrópico.

A simples observação dos modos B em grandes escalas não deveria ser suficiente para confirmar anisotropias, já que esses sinais são muito fracos e podem resultar de erros de medição ou efeitos secundários.

Se a anisotropia do Universo for real, ela deve afetar tanto os modos E quanto os modos B de uma forma não independente, gerando uma correlação entre os dois sinais. Somente se os dados do Euclides revelarem uma correlação significativa entre os modos E e B, eles estarão sugerindo uma expansão anisotrópica do Universo.

Então, sugere a equipe, agora é só ir analisando os dados de lentes gravitacionais fracas captadas pelo Euclides, procurando pelas correlações entre os dois modos: Se elas aparecerem, ponto para o Modelo Cosmológico Padrão; se não, isso significará que nossa visão do Universo está ultrapassada, e estará definitivamente aberta a temporada de novas ideias para explicar o Universo.

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