Tal como as ondas do oceano esculpem a linha de costa, também pequenas ondulações no espaço-tempo podem ter colocado o Universo num rumo evolutivo que acabaria por gerar o cosmos tal como o observamos hoje.
Uma proposta teórica recente defende que foram as ondas gravitacionais - e não partículas hipotéticas conhecidas como inflatões - a alimentar a expansão inicial do Universo e a redistribuição da matéria nesse período primordial.
"Durante décadas, tentámos compreender os primeiros instantes do Universo com modelos assentes em elementos que nunca observámos", explica o primeiro autor do artigo, o astrofísico teórico Raúl Jiménez, da Universidade de Barcelona.
"O que torna esta proposta entusiasmante é a sua simplicidade e a possibilidade de ser testada. Não estamos a acrescentar elementos especulativos; estamos antes a mostrar que a gravidade e a mecânica quântica podem ser suficientes para explicar como nasceu a estrutura do cosmos."
O que ainda não sabemos sobre os primeiros momentos do Universo
Não há certezas sobre a forma exacta como decorreram as fases mais iniciais do Universo após a Grande Explosão, há cerca de 13,8 mil milhões de anos. Para já, o máximo que os cientistas conseguem fazer é construir teorias compatíveis com a física do Universo que efectivamente observamos.
Esses modelos são bastante sólidos, mas exibem limitações evidentes. Um exemplo é a descoberta, pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST), de grandes quantidades de galáxias muito massivas numa época mais precoce do que a esperada por muitos cosmólogos.
Inflação e inflatão: a explicação mais comum e as suas fragilidades
Na cronologia actualmente aceite da evolução do Universo, logo após a Grande Explosão teria ocorrido um intervalo de expansão extremamente rápida - a inflação. A partir de um ponto único e unidimensional de densidade infinita, uma singularidade (a descrição matemática do Universo imediatamente antes da Grande Explosão), o Universo teria inflacionado de forma abrupta, enchendo-se de um plasma quente que, ao arrefecer, deu origem à matéria.
Para explicar a inflação cosmológica e a surpreendente uniformidade do cosmos, os cientistas recorrem ao inflatão, uma partícula ou campo quântico especulativo. Em teoria, este elemento desencadeia a expansão acelerada e, ao mesmo tempo, permite que existam pequenas variações na densidade do plasma primordial - variações que, mais tarde, se condensariam em buracos negros, galáxias, estrelas e todos os outros constituintes de matéria distribuídos pelo Universo.
O problema é que, apesar de todos os esforços, os físicos não encontraram outras evidências que sustentem a existência do inflatão. Jiménez e os seus colegas procuraram, por isso, uma alternativa: seria possível descrever a evolução inicial do Universo com parâmetros diferentes, menos dependentes de ingredientes especulativos?
Um Universo simplificado em espaço de Sitter e perturbações tensorais
O ponto de partida foi um modelo muito simplificado do Universo real, coerente com a relatividade geral e com as observações actuais da expansão cósmica, conhecido como espaço de Sitter. Nesse enquadramento, flutuações quânticas do espaço-tempo - isto é, ondas gravitacionais - podem ser produzidas por um tipo de turbulência designado por perturbações tensorais.
A ideia de que as ondas gravitacionais permeiam o Universo nos nossos dias é amplamente aceite. São ondulações no espaço-tempo geradas por perturbações muito energéticas. As que conseguimos detectar actualmente resultam de colisões entre objectos compactos e massivos, como estrelas de neutrões e buracos negros; ainda assim, os físicos consideram provável que exista também um “fundo” constante de ondas gravitacionais, demasiado amplo para conseguirmos medir (por enquanto).
Como as ondas gravitacionais poderiam ter gerado estrutura e expansão
De acordo com os resultados obtidos, as ondas gravitacionais produzidas por perturbações tensorais, no modelo de espaço-tempo analisado, seriam capazes de criar por si só variações de densidade no plasma primordial e, em simultâneo, impulsionar a expansão inicial do Universo.
Com o passar do tempo, essas irregularidades de densidade acabariam por originar aglomerados suficientemente compactos para colapsarem sob a sua própria gravidade, formando as “sementes” do Universo jovem: as primeiras estrelas, as primeiras galáxias e os primeiros buracos negros.
A solução é particularmente elegante, por reduzir a dependência de hipóteses adicionais como motor da evolução inicial de todo o Universo - embora, naturalmente, ainda seja necessário trabalho adicional para a confirmar.
Ainda assim, "O nosso mecanismo proposto pode eliminar a necessidade de um cenário dependente do modelo: a escolha de um campo escalar, como o inflatão, para conduzir a inflação", escrevem os investigadores.
O estudo foi publicado na revista Physical Review Research.
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