Quão isotrópico é o Universo? – Saense
Anisotropias na Radiação Cósmica de Fundo (RCF) medidas pelo satélite Planck. A RCF é a imagem mais antiga que temos do Universo, quando ele tinha aproximadamente 380.000 anos. As diferenças nas cores representam diferenças de temperatura em regiões com densidades ligeiramente diferentes. O vermelho significa uma temperatura de +25 mK (miliKelvins) acima da média e o azul -25 mK abaixo da média. A RCF é a radiação eletromagnética, na região de micro-ondas, para um corpo negro com temperatura de 2,73 K. [1]
Na cosmologia moderna o princípio de Copérnico fala que o Universo é isotrópico e homogêneo em larga escala. Por larga escala aqui entenda-se distâncias de muitos milhões de anos-luz. A teoria que descreve os efeitos gravitacionais é a Relatividade Geral (RG) e se consideramos o Universo isotrópico e homogêneo encontramos soluções para as equações de campo de Einstein sob a forma da métrica de Friedman-Lemaître-Robertson-Walker (FLRW). Como a RG é uma teoria baseada na curvatura do espaço-tempo, é necessário usar geometria diferencial para descrevê-la. O tensor que descreve a curvatura do espaço-tempo se chama tensor de métrica e ele é um dos requisitos necessários para solucionar as equações de campo de Einstein. O outro requisito é o tensor energia-momento, que descreve a distribuição de massa e energia (e dos seus momentos e fluxos) contidos na região que se quer estudar.
A condição de isotropia significa que consideramos que todas as direções são equivalentes, não existe uma direção privilegiada, não existe uma direção no espaço que apresente um comportamento diferente da outra. Como testamos então o princípio de Copérnico? Supomos que a condição de isotropia é quebrada, por exemplo. Consideramos agora que o Universo é anisotrópico e tentamos resolver as equações de campo de Einstein. Ao fazer isso nos deparamos com as métricas de Bianchi. Para cada tipo de anisotropia encontramos um tipo de tensor de métrica e cada tipo de anisotropia vai deixar uma marca diferente na Radiação Cósmica de Fundo (RCF, ver legenda da imagem).
O passo seguinte é tentar comparar os resultados teóricos com experimentos. Medindo as flutuações de temperatura da RCF podemos tentar identificar diferentes anisotropias. Hoje em dia a Cosmologia Observacional está bem avançada e existem diversos experimentos de alta precisão capazes de nos dar algumas respostas e levantar ainda mais perguntas.
O título desse artigo é uma tradução do título de um artigo recente publicado na Physical Review Letters [2] por um grupo liderado pela pesquisadora Daniela Saadeh. Pela primeira vez foram usados dados de temperatura e polarização da RCF obtidos com o satélite Planck e comparados com modelos que testam o maior número possível de graus de liberdade para as anisotropias possíveis para os modelos atuais cosmológicos, simultaneamente. O resultado surpreendente é que a anisotropia é uma suposição desfavorável, com uma probabilidade de 1 para 121.000, ou seja, o Universo é isotrópico em larga escala com uma alta probabilidade.
Graças aos avanços instrumentais, podemos usar dados observacionais de alta precisão para testar modelos teóricos cosmológicos baseados na Relatividade Geral. A próxima suposição que precisamos provar é: o Universo é homogêneo?
[1] Crédito da imagem: ESA and the Planck Collaboration.
[2] D Saadeh et al. How isotropic is the Universe? Phys Rev Lett 117, 131302 (2016).
Como citar este artigo: Marcelo M. Guimarães. Quão isotrópico é o Universo? Saense. URL: http://www.saense.com.br/2016/09/quao-isotropico-e-o-universo/. Publicado em 25 de setembro (2016).
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