Cientistas americanos, usando ferramentas matemáticas, descreveram a não homogeneidade da radiação cósmica de fundo em micro-ondas que surgiu imediatamente após a origem do Universo. Os autores acreditam que seus resultados confirmam a correção da hipótese do Big Bounce, segundo a qual o surgimento de nosso universo foi o resultado do colapso de algum universo "anterior". Os resultados são publicados na revista Physical Review Letters.
Embora a teoria da relatividade geral de Einstein explique uma ampla gama de fenômenos astrofísicos e cosmológicos, algumas propriedades do universo permanecem um mistério. Em particular, não pode explicar a distribuição desigual de galáxias e matéria escura no espaço.
Desde a década de 1980, os pesquisadores da Penn State University têm desenvolvido um paradigma cosmológico baseado no conceito de gravidade quântica em loop. Este paradigma, denominado cosmologia quântica em loop, descreve todas as grandes estruturas modernas do Universo como flutuações quânticas do espaço-tempo que ocorreram no nascimento do mundo.
De acordo com a teoria geralmente aceita do Big Bang, tudo começou com uma singularidade - um estado em que toda a matéria e energia foram comprimidas em um ponto. Então, na primeira fração de segundo, durante um período chamado inflação, o cosmos inchou a proporções enormes. Mas a teoria do Big Bang não explica o que aconteceu antes da singularidade, portanto, esse estado não pode ser descrito em termos das leis da física e da matemática.
Cientistas da Pennsylvania State University sustentam a hipótese alternativa do Big Bounce, segundo a qual o universo em expansão atual surgiu da massa supercomprimida do universo da fase anterior. Para descrever esse estado, eles usam um aparato matemático universal que combina a mecânica quântica e a teoria da relatividade.
Os autores rastreiam a origem da estrutura do Universo até as menores inomogeneidades registradas contra o fundo da radiação cósmica relíquia de microondas, emitida quando o Universo tinha apenas 380 mil anos.
Mas essa radiação em si tem três anomalias misteriosas que são difíceis de explicar usando a física clássica. Esses desvios são tão graves que muitos físicos começaram a falar sobre uma crise na cosmologia.
Em um novo estudo, os cientistas argumentam que, de uma perspectiva de cosmologia quântica em loop, descrever a inflação elimina duas anomalias principais na distribuição do CMB.
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“Usando a cosmologia de loop quântico, resolvemos naturalmente duas dessas anomalias, evitando uma crise potencial”, disse o co-autor Donghui Jeong, professor associado do Departamento de Astronomia e Astrofísica, em um comunicado à imprensa da universidade. "A presença dessas anomalias sugere que vivemos em um universo excepcional."
Os autores acreditam que as inomogeneidades do CMB são o resultado de flutuações quânticas inevitáveis no Universo inicial. Durante a fase acelerada de expansão - inflação - essas flutuações inicialmente mínimas foram esticadas pela gravidade, refletidas nas irregularidades observadas.
"O paradigma inflacionário padrão, baseado na relatividade geral, vê o espaço-tempo como um continuum suave", disse o primeiro autor do artigo, o professor Abhay Ashtekar, diretor do Instituto de Gravidade e Espaço da Pensilvânia. - O tecido da camisa também parece uma superfície bidimensional, mas ao examinar mais de perto você pode ver que é tecido com fios unidimensionais densamente compactados. Da mesma forma, os fios quânticos são tecidos na estrutura do espaço-tempo. Dadas essas cadeias, a cosmologia quântica em loop nos permite ir além do continuum descrito pela relatividade geral."
Os cientistas esperam que novas missões de satélite, como LiteBIRD e Cosmic Origins Explorer, destinadas a detectar traços de ondas gravitacionais primárias contra o fundo do CMB, confirmem suas descobertas.
