Será que o Big Bang criou dois universos?

(Iflscience/Hypescience) O tempo, como nós o entendemos, move-se do passado para o futuro de forma irreversível. Agora, um trio internacional de físicos teóricos está sugerindo que há mais do que um futuro. Dois universos paralelos foram produzidos pelo Big Bang: o nosso, que se move para frente no tempo, e outro, em que o tempo se move para trás.

Nos anos 1920, o astrônomo britânico Arthur Eddington cunhou o termo “flecha do tempo”, que descreve uma direção do tempo assimétrica e de sentido único. Muitos físicos hoje aceitam que o tempo se move na direção do aumento da entropia – ou desordem, acaso, e até mesmo caos – em um esforço para colocar um equilíbrio entre todas as coisas. De acordo com esta seta termodinâmica do tempo, as coisas vão gradativamente desmoronando. Se for esse o caso, então o nosso universo deve ter começado em um estado inicial de baixa entropia e altamente ordenado.

Mas por que houve esse raro momento de baixa entropia em nosso passado? Uma ideia centenária desenvolvida pelo físico austríaco Ludwig Boltzmann é que o nosso universo visível é uma flutuação estatística temporária, de baixa entropia, que afeta apenas uma pequena parte de um sistema de equilíbrio muito maior.

Julian Barbour, da Universidade de Oxford, Tim Koslowski, da Universidade de New Brunswick, e Flavio Mercati, do Instituto Perimeter de Física Teórica estão introduzindo uma nova flecha do tempo, baseada não na termodinâmica, mas na gravidade. “O tempo é um mistério. Basicamente, todas as leis conhecidas da física são exatamente iguais independentemente da direção que o tempo vá”, aponta Barbour.

Para chegar a essa “flecha gravitacional de tempo”, eles usaram uma simulação de computador de 1.000 partículas interagindo sob a influência da gravidade newtoniana. Eles descobriram que cada configuração de partículas evolui para um estado de baixa complexidade, como um enxame de abelhas caótico que se instala em uma estrutura mais ordenada análoga à flutuação de baixa entropia de Boltzmann. A partir daí, as partículas se expandem para fora em duas setas distintas, simétricas e opostas de tempo.

“Se você olhar para um modelo simples com um enxame de abelhas no meio [do Big Bang], mas indo nas duas direções, então você diria que há duas setas de tempo, apontando em direções opostas do enxame de abelhas”, explica Barbour.

“Esta situação de dois futuros exibiria um único passado caótico para os dois sentidos, o que significa que haveria essencialmente dois universos, um de cada lado deste estado central”, explica o cientista. “Ambos os lados poderiam sustentar observadores que perceberiam o tempo indo em direções opostas. Quaisquer seres inteligentes do outro lado definiriam suas flechas do tempo como se afastando desse estado central. Eles pensariam que agora nós vivemos em seu passado mais profundo”.

Uma breve história do universo

(Cássio Leandro Dal Ri Barbosa - G1) O universo começou parado. Assim, em sua teoria da relatividade geral, Albert Einstein introduziu nas equações uma constante, chamada de constante cosmológica, para que o universo permanecesse estático. Tudo baseado nas evidências observacionais da época, década de 1910, Einstein mesmo não se sentiu muito confortável com isso, pois as equações mostravam, naturalmente, um universo em expansão. Na década seguinte, começaram a aparecer as primeiras evidências observacionais de que o universo não seria estático. Observações de galáxias feitas por Edwin Hubble mostraram que todas elas estavam em movimento organizado, todas elas se afastando uma das outras, como se estivessem sobre um balão sendo inflado.

Einstein revisou suas equações, retirando a tal constante e afirmando que ela teria sido a maior bobagem que ele já tinha feito. A partir de então, a interpretação dessas equações, bem complicadas por sinal, nos levava a crer que o universo começou com uma singularidade, onde toda a matéria do universo estava concentrada e subitamente começou uma rápida expansão. Esse seria o Big Bang, ou grande explosão. Esse termo foi cunhado por Fred Hoyle, um defensor da teoria do universo estático, muito mais em tom de crítica, do que para ser muito claro. Isso causa uma grande confusão na hora de entender a física do processo. Não houve uma grande explosão, não há um centro do qual tudo parece se afastar, não havia antes e não há nada "fora" do universo. Mas isso é assunto para outra hora.

Desde então, os astrônomos vinham tentando medir a velocidade de expansão do universo e tentando saber que tipo de destino o universo teria: se a expansão seria eterna ou não, mas em todos os casos seria uma expansão desacelerada.

Mas eis que, em meados de 1990, usando supernovas para estudar a expansão do universo, Saul Perlmutter e uma equipe de colaboradores descobrem que o universo está na verdade em expansão acelerada! Uma descoberta tão fantástica e tão inesperada, que rendeu o prêmio Nobel de física de 2011.

Até hoje não há explicação para essa expansão acelerada. Foi aí que se criou o termo energia escura, que deve permear 72% do universo e que ninguém sabe o que é! Muitas teorias tentam explicar essa componente do universo, que forma quase três quartos dele, mas até agora nada muito plausível.

Do ponto de vista observacional, uma colaboração internacional entre EUA, Japão, Canadá, Espanha e Brasil acaba de anunciar alguns resultados na tentativa de compreender melhor essa estranha forma de energia que está acelerando o universo.

O projeto de Busca Espectroscópica de Oscilações Acústicas de Bárions (BOSS, em inglês) se utiliza dos espectros de galáxias obtidos por outro projeto, o SDSS, e tem como objetivo estudar o universo em três fases distintas. Uma muito inicial, quando a gravidade predominava sobre a energia escura e o universo era desacelerado. Outra intermediária, quando gravidade e energia escura meio que se equilibravam. E uma terceira mais recente, quando a energia escura começou a dominar, e o universo passou a ser acelerado.

Para obter informações do universo quando ele ainda era muito jovem, a equipe do BOSS utilizou espectros de mais de 48 mil quasares (núcleos muito brilhantes de galáxias muito distantes), e os astrônomos conseguiram evidenciar a tal da oscilação procurada. Isso foi possível observando a luz dos quasares tão distantes quanto 11,5 bilhões de anos-luz, que sendo parcialmente absorvida por nuvens de gás pelo caminho. A oscilação acústica de bárions é, na verdade, a variação periódica na distribuição das galáxias e nas nuvens de gás intergaláctico (a matéria visível, ou bariônica), que revelam a distribuição de matéria escura.

Ao que parece, a transição entre um universo dominado pela gravidade para um dominado pela energia escura ocorreu há uns 7-8 bilhões de anos atrás. Com esses resultados, a equipe do BOSS pretende caracterizar o universo quando ainda era dominado pela gravidade e se comportava como se esperava antes da descoberta da energia escura, segundo Márcio Maia, astrônomo brasileiro que participa do projeto.

Cientistas encontram possível sinal de existência de matéria escura

(UOL) Um pico estranho verificado nos dados coletados pelo telescópio XMM-Newton, da ESA (Agência Espacial Europeia, na sigla em inglês), e que não pode ser explicado por nenhuma partícula ou átomo conhecido pode ser a primeira detecção de um sinal da existência da chamada matéria escura -- substância que não pode ser diretamente observada porque não absorve ou emite luz. Até agora, os cientistas eram capazes apenas de deduzir a sua existência pelos efeitos que causa na gravidade da matéria visível. Esse é hoje um dos maiores mistérios da física moderna e estima-se que esse material componha 80% de todo o universo, ou 26,8% de sua densidade.

Assinada por uma equipe de pesquisadores internacionais do Laboratório de Física das Partículas e Cosmologia da EPLF e da Universidade de Leiden, na Holanda, a descoberta será publicada na próxima semana na Physical Review Letters. Apesar de a matéria escura nunca ter sido detectada ou medida, o novo estudo oferece uma evidência intangível da sua existência.

Liderada pelos cientistas da EPFL Oleg Ruchayskiy e Alexey Boyarsky, também professores da Universidade de Leiden, a equipe de pesquisadores se debruçou sobre os milhares de dados coletados pelo telescópio da ESA e detectou um pico estranho nas emissões de raio-x vindas de dois pontos diferentes do universo: as galáxias de Andrômeda e Perseus. O sinal não corresponde aos gerados pelas partículas e átomos conhecidos e é improvável que seja resultado de algum erro nos instrumentos de medição. Por isso, os cientistas acreditam, esperançosamente, que pode ter sido produzido por uma partícula de matéria escura.

O sinal aparece muito fraco no espectro do raio-x em uma emissão de fóton atípica que não poderia ser atribuída a qualquer forma conhecida da matéria. Além disso, a "distribuição do sinal dentro da galáxia corresponde exatamente ao que nós estávamos esperando com a matéria escura, isto é, concentrada e intensa no centro de objetos e mais fraca e difusa nas bordas", explicou Ruchayskiy. Para comprovar, o professor Alexey Boyarsky afirmou que a Via Láctea também foi analisada. "Nós procuramos dados da nossa própria galáxia, a Via Láctea, e fizemos as mesmas observações", disse em comunicado à imprensa.

Os pesquisadores acreditam que o sinal poderia ter vindo da destruição de uma partícula hipotética conhecida como neutrino estéril

Se a descoberta for confirmada, serão abertos novos caminhos nas pesquisas de física de partículas. Além disso, os cientistas afirmam que ela pode inaugurar uma nova era na astronomia moderna. "A confirmação pode levar à construção de novos telescópios especialmente desenhados para o estudo de sinais de partículas de matéria escura. Nós saberemos para onde olhar e assim traçar estruturas escuras no espaço capazes de reconstruir o processo de formação do universo", afirmou Boyarsky.
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A mais velha luz do universo

(Ciência Hoje) Pelo que sabemos da literatura científica, o universo passou por diferentes condições de temperatura e constituição de seus componentes, desde a sua criação até os dias atuais.

Aparentemente tudo começou com a sopa primordial, uma extremamente densa e quente mistura de matéria e luz. A densidade de massa era tão grande, que os fótons de luz não podiam sair de lá. Bastava um pequeno deslocamento e logo eram absorvidos por alguma partícula.

De repente aquele universo primordial começou a se expandir em alta velocidade e explodiu, liberando seu conteúdo para formar o universo que hoje conhecemos. Essa explosão ficou conhecida como Big Bang, e a luz que saiu dali, conhecida como radiação cósmica de fundo (RCF), continua circulando e testemunhando o início do universo.

(continua aqui)

Investigador português ajuda a desvendar papel da rede cósmica

David Sobral está ligado ao Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço

(Ciência Hoje - Portugal) Uma equipa internacional de astrónomos, da qual faz parte David Sobral, do Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço, estudou pela primeira vez o papel da estrutura em larga escala do Universo distante, identificando a rede cósmica e os seus filamentos como tendo um papel fundamental na evolução de galáxias como a nossa.

Como se formam e evoluem galáxias como a nossa Via Láctea? De uma forma simples, pensa-se que a estrutura a larga escala, dominada por matéria escura, se tenha começado a formar muito cedo, a partir de pequenas flutuações iniciais no Universo primordial. Este "esqueleto" do Universo deverá ter tido um papel importante na formação e evolução de galáxias, algo que era até agora muito difícil de estudar e observar.

David Sobral (IA e Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa) comenta: "Já se sabia que as galáxias que vivem no "campo" (em ambientes muito pouco densos) têm uma maior probabilidade de estarem a formar estrelas, enquanto as que vivem na “cidade” (enxames de galáxias) estão sobretudo "mortas". No entanto, o papel da rede cósmica, e em particular dos filamentos gigantes que se pensa poderem ligar grandes enxames de galáxias, estava, até há pouco tempo, por compreender. "Os nossos resultados mostram que os filamentos têm um papel fundamental na formação e evolução de galáxias.”

Estes resultados só foram possíveis fazendo uso de dados provenientes dos melhores telescópios do mundo, em conjunto com um novo método de identificar e quantificar estruturas desenvolvido pela equipa. Esta combinação única permitiu estudar uma mega estrutura, identificada por David Sobral, e finalmente quantificar o papel da misteriosa rede cósmica.

Descobriu-se que as galáxias que habitam os grandes filamentos da rede cósmica têm uma maior probabilidade de formar estrelas, evoluindo mais rapidamente. Este facto poderá ser a explicação para as galáxias nos enxames serem tão pouco activas: se a maioria das galáxias for pré-processada em filamentos, poderão acabar como galáxias “mortas” quando chegarem até ao centro dos enxames.

"O grande objectivo agora é estender os nossos resultados a várias etapas da evolução do Universo, para sabermos como é que a rede cósmica influenciou a formação e evolução de galáxias ao longo dos vários milhares de milhões de anos desde o Big Bang. Será mais uma importantíssima peça do puzzle na nossa busca pela compreensão de como é que galáxias se formam e evoluem", conclui David Sobral.

A equipa responsável por este estudo, publicado recentemente no conceituado Astrophysical Journal (ApJ), é formada por Behnam Darvish (Universidade da Califórnia), David Sobral (IA, Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa e Observatório de Leiden), e outros investigadores do Caltech e das Universidades de Califórnia, Edimburgo e Durham.

Luzes que ainda não chegaram

Se há tantas estrelas, por que o céu é escuro à noite? Quem responde é o astrônomo Fernando Roig, do Observatório Nacional.

(Ciência Hoje) Essa é uma questão que já intrigou a ciência. Ela foi abordada pelo astrônomo alemão H. W. Olbers, no século 19, e ficou conhecida como paradoxo de Olbers. O paradoxo acontece ao presumir que o universo é infinito, eterno e estático, com infinitas estrelas distribuídas de forma uniforme, homogênea e isotrópica (igual em todas as direções).

Então, em qualquer direção para a qual olharmos haveria pelo menos uma estrela, mesmo que muito distante ou de luz muito fraca, emitindo um fluxo luminoso de fótons por unidade de área que independe da distância. Ao somar a contribuição de todas as áreas do céu, concluímos que o céu deveria ter um brilho uniforme, comparável ao Sol. Logo, a noite não poderia ser escura.

Ainda que as estrelas se aglomerem para formar galáxias, se considerarmos que existem infinitas galáxias, distribuídas de forma homogênea e isotrópica, o paradoxo continua. Isso ocorre mesmo considerando que as galáxias também se agrupam para formar aglomerados e superaglomerados: basta que o universo seja homogêneo e isotrópico em grande escala e que a matéria luminosa esteja distribuída de maneira uniforme.

O paradoxo só foi resolvido com a teoria do Big Bang. Neste caso, o universo não é nem eterno nem estático. Como tem uma idade finita, existem regiões que estão além do nosso horizonte de eventos, ou seja, tão afastadas que a luz ainda não teve tempo (desde a origem do universo) de chegar até nós, pois sua velocidade é finita. Assim, mesmo que existam infinitas estrelas ou galáxias distribuídas de modo uniforme, não conseguimos enxergar todas ao mesmo tempo – e por isso a noite é escura.

Essa teoria também diz que o universo está se expandindo. Logo, pela lei de Hubble, objetos mais distantes se afastam de nós mais rapidamente e esse movimento faz com que a luz deles chegue até nós ‘deslocada’ para os comprimentos de onda mais longos. Como esses comprimentos de onda estão fora do intervalo visível, a luz desses objetos se torna ‘invisível’ aos nossos olhos. Assim, mesmo que em nosso horizonte de eventos haja suficiente matéria luminosa para tornar o céu brilhante à noite, esse brilho estaria espalhado por diversos comprimentos de onda, dos quais enxergamos só um pequeno intervalo.

A rigor, o céu tem um brilho uniforme causado pela radiação cósmica de fundo, que é detectada apenas em comprimentos de micro-ondas. Essa radiação cósmica de fundo é o evento mais distante que conseguimos detectar, é um resquício da época do Big Bang, quando o universo estava totalmente permeado de fótons e era intrinsecamente brilhante. Portanto, se os nossos olhos fossem capazes de enxergar todos os comprimentos de onda possíveis, a noite certamente não seria escura.

Bóson de Higgs pode nunca ter sido descoberto, afirmam pesquisadores

Físicos defendem que não há evidência conclusiva para afirmar que a partícula encontrada no LHC é de fato o famoso bóson

(Galileu) Talvez Stephen Hawking não precise mais se preocupar com um possível risco de o Bóson de Higgs destruir o universo: recentemente, uma equipe de pesquisadores pôs em xeque a própria descoberta da partícula. Pouco mais de dois anos depois de o Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN) ter anunciado a detecção da popular “partícula de Deus” – o que inclusive rendeu o Nobel de Física de 2013 a Peter Higgs e François Englert, os teóricos que primeiro a descreveram – físicos europeus se debruçaram sobre os dados gerados pelo Grande Colisor de Hádrons (LHC) e concluíram que não existem provas consistentes para afirmar que a partícula encontrada se trata mesmo do famoso bóson.

“Os dados do CERN são geralmente tomados como evidência de que a partícula é a de Higgs. É verdade que a partícula de Higgs pode explicar os dados, mas podem existir outras explicações, nós também obteríamos estes dados a partir de outras partículas”, explica em um comunicado Mads Toudal Frandsen, pesquisador da University of Southern Denmark associado ao Centro de Cosmologia e Fenomenologia de Física de Partículas. Ele é um dos autores do artigo publicado em agosto no Physical Review D.

Frandsen e seus colegas não descartam a possibilidade de o bóson de Higgs ter sido descoberto de fato, mas afirmam que existe a mesma chance de se tratar de algo diferente. Mais especificamente, os físicos suspeitam que o LHC possa ter produzido uma partícula chamada techni-higgs – ela é similar ao bóson em alguns aspectos e pode ser confundida com ele em experimentos, mas ambas são fundamentalmente diferentes e fazem parte de duas teorias distintas que explicam como o universo foi formado.

O bóson de Higgs é uma partícula elementar (aquelas que não podem ser divididas em componentes menores) e a peça que falta em uma teoria conhecida como Modelo Padrão, que descreve três das quatro forças conhecidas da natureza – gravidade, eletromagnetismo e forças nucleares forte e fraca. Ela não consegue, no entanto, explicar a matéria escura, substância que compõe a maior parte do universo. A diferença para o techni-higgs seria grande.

“Uma partícula techni-higgs não é elementar. Ao invés disso, ela consiste nos assim chamados techni-quarks, que nós acreditamos serem elementares. Techni-quarks podem se unir de variadas formas para formar, por exemplo, partículas techni-higgs, enquanto outras combinações podem formar matéria escura. Nós esperamos, portanto, encontrar muitas partículas diferentes no LHC, todas construídas por techni-quarks”, esclarece Frandsen.

Se essas partículas elementares realmente existirem, passarão a ser cinco as forças da natureza conhecidas: nenhuma das quatro que conhecemos hoje é capaz de unir os techni-quarks. Esta possível nova força já tem até nome – força technicolor. O físico dinamarquês acredita que com mais dados do CERN será possível determinar ao certo qual das duas partículas foi forjada no interior do LHC. Ele também crê que se o Centro desenvolver um acelerador ainda mais poderoso, será possível observar techni-quarks diretamente.