A prova irrefutável da inflação
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| O começo do universo (Imagem gerada por IA em Google Whisk) |
Obs.: Há dois artigos de Reasons to Believe citados no texto que não foram publicados aqui no blog anteriormente porque fazem parte de uma outra série de artigos que ainda publicarei aqui à parte.
por Jeff Zweerink
21 de abril de 2014
21 de abril de 2014
No início da década de 1980, cientistas começaram a desenvolver modelos inflacionários para solucionar problemas na cosmologia padrão do Big Bang. Desde então, a busca tem se concentrado em evidências independentes de uma época inflacionária na história inicial do universo. A recente descoberta da “polarização do modo B” na radiação cósmica de fundo em micro-ondas fornece uma forte assinatura para essa época. Esse resultado confirma os modelos inflacionários e reforça a hipótese de um início — e, portanto, de um Iniciador — do universo.
O anúncio do mês passado de que a Colaboração BICEP2 havia descoberto a "prova cabal" de que a inflação ocorreu no início da história do universo foi notícia e gerou muita discussão (você pode ouvir as primeiras impressões de Reasons To Believe sobre a descoberta aqui). Essa descoberta tem implicações importantes para pesquisas em andamento e para a compreensão de como o universo surgiu.
Na década de 1960, a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMBR, cosmic microwave background radiation, em inglês) desviou o consenso científico da cosmologia do estado estacionário para os modelos do Big Bang, que postulam um início singular do espaço, da matéria, do tempo e da energia. Entretanto, os modelos padrão do Big Bang enfrentaram uma série de problemas complexos (especificamente, os problemas da "planicidade-antiguidade", do horizonte e do monopolo) antes de poderem ser submetidos a testes científicos.
Os cientistas levantaram a hipótese de que uma época de expansão extremamente rápida nos primeiros momentos do universo (ou seja, inflação) resolveria todos esses problemas. Assim, eles começaram a desenvolver modelos do Big Bang que incorporam a inflação. No entanto, qualquer bom modelo deve se basear em evidências independentes dos problemas que o modelo foi projetado para resolver — e é aí que entra a pesquisa da Colaboração BICEP2.
As Assinaturas da Inflação
Os pesquisadores esperavam que a inflação deixasse uma série de assinaturas na CMBR. Durante a época inflacionária, as flutuações quânticas produziram regiões de maior e menor densidade no universo. A rápida expansão fez com que essas regiões aumentassem para escalas macroscópicas, resultando nas flutuações que o COBE, o WMAP e o Planck detectaram na CMBR. Diante desse cenário, os cientistas esperam que as flutuações sejam altamente adiabáticas, gaussianas e quase invariantes de escala (para detalhes sobre essas características esperadas, veja aqui). Observações sensíveis da CMBR confirmam todas essas propriedades (e outras) {artigo já publicado traduzido aqui no blog}. Porém, outros mecanismos além da inflação poderiam explicá-las. Assim, os cientistas precisavam encontrar uma assinatura exclusiva da inflação.
A inflação produz uma assinatura quase única por meio da geração de ondas gravitacionais. Embora nenhum instrumento atualmente possua a sensibilidade necessária para detectar as próprias ondas gravitacionais, cientistas desenvolveram telescópios de micro-ondas capazes de encontrar a polarização induzida pelas ondas gravitacionais na radiação cósmica de fundo (CMBR). Em 2008, uma equipe de pesquisa conduziu um experimento conhecido como BICEP para medir os modos-E, uma forma esperada de polarização. Após aprimorar o telescópio, a equipe do BICEP2 anunciou (em março de 2014) a detecção da polarização de ondas gravitacionais inflacionárias (modos-B), confirmando assim a existência de uma época inflacionária no início da história do universo.
Implicações da Descoberta
Esta nova pesquisa destaca diversas ramificações. Primeiro, a existência de ondas gravitacionais inflacionárias (se confirmada por pesquisas futuras) eliminaria certos modelos de inflação. Mais notavelmente, o espectro de polarização do modo B detectado pelo BICEP2 difere daquele previsto pelos modelos ecpiróticos desenvolvidos por Paul Steinhardt e Neil Turok {ou leia sobre modelos ecpiróticos aqui}. Segundo, os resultados do BICEP2 mostram que a escala de energia da inflação reside apenas duas ordens de magnitude abaixo da escala de Planck. Consequentemente, futuras investigações dos mecanismos inflacionários permitirão aos cientistas explorar a época de Planck e, com sorte, compreender como seria a teoria quântica da gravidade propriamente dita. Terceiro, esses resultados confirmam que os modelos inflacionários levam, muito provavelmente, à geração de um multiverso. (Já abordei a compatibilidade da teoria do multiverso com o Big Bang e a visão de mundo cristã em artigos anteriores e em meu livreto Who’s Afraid of the Multiverse? (Quem tem medo do multiverso?).
Os cientistas continuam a aprofundar sua compreensão do extraordinário universo em que vivemos. A polarização do modo B da radiação cósmica de fundo valida o atual modelo inflacionário do Big Bang, o que, por sua vez, demonstra que o nosso universo começou a existir e requer uma causa, ou Iniciador. Uma busca futura envolve identificar o que ou quem é esse Iniciador.
Notas de Fim
O anúncio do mês passado de que a Colaboração BICEP2 havia descoberto a "prova cabal" de que a inflação ocorreu no início da história do universo foi notícia e gerou muita discussão (você pode ouvir as primeiras impressões de Reasons To Believe sobre a descoberta aqui). Essa descoberta tem implicações importantes para pesquisas em andamento e para a compreensão de como o universo surgiu.
Na década de 1960, a descoberta da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMBR, cosmic microwave background radiation, em inglês) desviou o consenso científico da cosmologia do estado estacionário para os modelos do Big Bang, que postulam um início singular do espaço, da matéria, do tempo e da energia. Entretanto, os modelos padrão do Big Bang enfrentaram uma série de problemas complexos (especificamente, os problemas da "planicidade-antiguidade", do horizonte e do monopolo) antes de poderem ser submetidos a testes científicos.
Os cientistas levantaram a hipótese de que uma época de expansão extremamente rápida nos primeiros momentos do universo (ou seja, inflação) resolveria todos esses problemas. Assim, eles começaram a desenvolver modelos do Big Bang que incorporam a inflação. No entanto, qualquer bom modelo deve se basear em evidências independentes dos problemas que o modelo foi projetado para resolver — e é aí que entra a pesquisa da Colaboração BICEP2.
As Assinaturas da Inflação
Os pesquisadores esperavam que a inflação deixasse uma série de assinaturas na CMBR. Durante a época inflacionária, as flutuações quânticas produziram regiões de maior e menor densidade no universo. A rápida expansão fez com que essas regiões aumentassem para escalas macroscópicas, resultando nas flutuações que o COBE, o WMAP e o Planck detectaram na CMBR. Diante desse cenário, os cientistas esperam que as flutuações sejam altamente adiabáticas, gaussianas e quase invariantes de escala (para detalhes sobre essas características esperadas, veja aqui). Observações sensíveis da CMBR confirmam todas essas propriedades (e outras) {artigo já publicado traduzido aqui no blog}. Porém, outros mecanismos além da inflação poderiam explicá-las. Assim, os cientistas precisavam encontrar uma assinatura exclusiva da inflação.
A inflação produz uma assinatura quase única por meio da geração de ondas gravitacionais. Embora nenhum instrumento atualmente possua a sensibilidade necessária para detectar as próprias ondas gravitacionais, cientistas desenvolveram telescópios de micro-ondas capazes de encontrar a polarização induzida pelas ondas gravitacionais na radiação cósmica de fundo (CMBR). Em 2008, uma equipe de pesquisa conduziu um experimento conhecido como BICEP para medir os modos-E, uma forma esperada de polarização. Após aprimorar o telescópio, a equipe do BICEP2 anunciou (em março de 2014) a detecção da polarização de ondas gravitacionais inflacionárias (modos-B), confirmando assim a existência de uma época inflacionária no início da história do universo.
Implicações da Descoberta
Esta nova pesquisa destaca diversas ramificações. Primeiro, a existência de ondas gravitacionais inflacionárias (se confirmada por pesquisas futuras) eliminaria certos modelos de inflação. Mais notavelmente, o espectro de polarização do modo B detectado pelo BICEP2 difere daquele previsto pelos modelos ecpiróticos desenvolvidos por Paul Steinhardt e Neil Turok {ou leia sobre modelos ecpiróticos aqui}. Segundo, os resultados do BICEP2 mostram que a escala de energia da inflação reside apenas duas ordens de magnitude abaixo da escala de Planck. Consequentemente, futuras investigações dos mecanismos inflacionários permitirão aos cientistas explorar a época de Planck e, com sorte, compreender como seria a teoria quântica da gravidade propriamente dita. Terceiro, esses resultados confirmam que os modelos inflacionários levam, muito provavelmente, à geração de um multiverso. (Já abordei a compatibilidade da teoria do multiverso com o Big Bang e a visão de mundo cristã em artigos anteriores e em meu livreto Who’s Afraid of the Multiverse? (Quem tem medo do multiverso?).
Os cientistas continuam a aprofundar sua compreensão do extraordinário universo em que vivemos. A polarização do modo B da radiação cósmica de fundo valida o atual modelo inflacionário do Big Bang, o que, por sua vez, demonstra que o nosso universo começou a existir e requer uma causa, ou Iniciador. Uma busca futura envolve identificar o que ou quem é esse Iniciador.
Notas de Fim
- BICEP2 Collaboration, “BICEP2 I: Detection of B-mode Polarization of at Degree Angular Scales”, enviado em 17 de março de 2014, última atualização em 18 de março de 2014, https://arxiv.org/abs/1403.3985v2.
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Traduzido de Inflation’s Smoking Gun (RTB)
Etiquetas:
cosmologia - astrofísica - astronomia - expansão do universo - missões da NASA - teoria do Big Bang - história do universo
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