Os astrônomos estão confusos sobre o evento da criação cósmica?

Representação artística do Big Bang (Imagem gerada por IA - Salvador Daqui em NighCafé Studio)

por Hugh Ross
24 de junho de 2019

Há pouco mais de um mês, a internet e a imprensa popular estavam em polvorosa com um artigo publicado por uma equipe de astrônomos liderada pelo ganhador do Prêmio Nobel, Adam Riess. Riess e sua equipe relataram medições que indicavam que o universo poderia ser um pouco mais de um bilhão de anos mais jovem do que a data determinada pela análise de um mapa da radiação cósmica de fundo — a radiação remanescente do evento de criação do universo. [1] Como comentou um artigo na internet, as novas medições estão “derrubando uma das poucas coisas sobre as quais os cientistas tinham certeza” [2] e, consequentemente, “o nascimento do universo está envolto em palpites e hipóteses”. [3] Outro artigo na internet afirmou que os astrônomos “perderam a noção do tempo” [4] e citou Riess dizendo que “não estamos passando neste teste [a idade do universo] — estamos falhando no teste!” [5]

Essa publicidade levou o Instituto de Pesquisa da Criação a publicar um artigo no qual o físico criacionista da Terra jovem, Jake Hebert, afirmou que a aparente contradição entre as duas medidas da idade do universo era mais uma prova de que “os problemas com o Big Bang são inúmeros” e que “os astrônomos seculares desperdiçaram, e continuam a desperdiçar, sabe-se lá quantos milhões (talvez bilhões?) de dólares dos contribuintes tentando sustentar uma cosmologia falida”. [6]

Será que o modelo da criação do Big Bang está realmente em tantos apuros quanto sugerem os autores deste artigo? Estarão os astrônomos confusos ou sentindo que sua certeza sobre a cosmologia do Big Bang será abalada? Existe alguma contradição entre as duas medições da taxa de expansão cósmica?

Por Que a Resposta É Não?

Por uma série de razões, a resposta para as três perguntas é não. Aqui está a base do artigo e dos artigos online. A equipe de Riess observou 20 estrelas binárias eclipsantes separadas e 70 estrelas variáveis ​​Cefeidas na Grande Nuvem de Magalhães, o que resultou em uma taxa de expansão cósmica de 74,03 ± 1,42 quilômetros/segundo/megaparsec (km/s/Mpc). (Um megaparsec = 3.261.560 anos-luz ou 30,857 milhões de trilhões de quilômetros.) Essa medida é cerca de 9% mais rápida do que a derivada do mapa do satélite Planck (veja a figura) da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (a radiação remanescente do evento de criação do universo), que foi de 67,3 ± 1,2 quilômetros/segundo/megaparsec. No entanto, é importante reconhecer que essas duas medidas não são independentes.

Figura: Mapa final da radiação cósmica de fundo em micro-ondas obtido pelo Planck. (Imagem de ESA, Colaboração Planck via Reasons to Believe)

Outras equipes de pesquisa em astronomia também produziram medições de alta qualidade da taxa de expansão cósmica. Elas estão listadas junto com essas duas na tabela abaixo.

Tabela: Medições da taxa de expansão cósmica

Primeiramente, é importante observar que, das sete medições na tabela, as duas mencionadas acima são as que apresentam maior discrepância entre si. As demais medições não são tão discrepantes.

Em segundo lugar, as quatro primeiras medições são taxas de expansão cósmica para o universo tardio (a história recente do universo), enquanto as três últimas medições são taxas de expansão cósmica para o universo primordial (aquela parte da história cósmica logo após o início do universo). Graças à densidade de massa cósmica e à densidade de energia escura cósmica, o universo deve se expandir a uma taxa mais lenta quando é jovem do que quando é mais velho.

À medida que o universo se expande, sua superfície espacial aumenta. O poder da energia escura de acelerar a expansão do universo é proporcional ao tamanho da superfície espacial cósmica. Portanto, devido apenas à energia escura, o universo deveria se expandir mais rapidamente à medida que envelhece.

A expansão do universo implica que aglomerados de massa no universo se afastarão progressivamente uns dos outros. Assim, a atração gravitacional mútua entre esses aglomerados diminuirá gradualmente. Ou seja, à medida que o universo envelhece, a capacidade dos aglomerados de massa de desacelerar a expansão do universo diminui progressivamente.

Levando em Conta Diferentes Medidas

A equipe de Riess apontou o problema de que a diferença entre sua medição da taxa de expansão cósmica e a taxa derivada do mapa de Planck da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, 6,7 quilômetros/segundo/megaparsec, é grande demais para ser explicada pelos modelos mais simples para a natureza da energia escura e da matéria escura. Em seu artigo, porém, eles argumentam que tanto sua medição quanto a medição derivada do mapa de Planck da taxa de expansão cósmica estão corretas. Assim, concluem que a discrepância pode ser resolvida ajustando o modelo padrão atual de criação do Big Bang, conhecido como modelo ΛCDM (um universo dominado por energia escura, Λ {lâmbda}, e secundariamente por matéria escura fria, CDM {cold dark matter}), incluindo os efeitos de “energia escura exótica, uma nova partícula relativística, interações matéria escura-radiação ou neutrino-neutrino, decaimento da matéria escura ou uma pequena curvatura [cósmica], cada um produzindo uma mudança de tamanho diferente [na taxa de expansão cósmica]”. [7]

O que Riess e seus colegas propõem não é, de forma alguma, considerado uma “subversão” ou um apelo a “palpites e hipóteses”. Os astrônomos já possuem evidências de que a energia escura pode ser mais complexa do que a explicação de que ela é governada por uma única constante cosmológica. Eles também têm algumas evidências de decaimento da matéria escura e possíveis interações da matéria escura.

Embora Riess e sua equipe acreditem que a discrepância na taxa de expansão cósmica seja real, ela pode não ser tão grande quanto afirmam. A média das quatro medidas da taxa de expansão cósmica na tabela acima, com base na história recente do universo, é de 71,1 quilômetros/segundo/megaparsec. A média das três medidas da taxa de expansão cósmica na tabela acima, com base na história inicial do universo, é de 68,0 quilômetros/segundo/megaparsec.

Neste caso, a discrepância é um pouco menor que a metade daquela citada pela equipe de Riess em seu artigo. É suficientemente baixa para que, considerando as margens de erro nas medições, talvez não seja necessário recorrer aos ajustes sugeridos por Riess e seus colegas. No mínimo, a menor discrepância exige um estudo mais aprofundado dos erros sistemáticos. Erros sistemáticos são possíveis compensações ou multiplicações das medições devido a efeitos instrumentais e possíveis falhas na calibração adequada ou na consideração de outros fenômenos naturais que podem influenciar os resultados das medições.

Exemplos de possíveis efeitos sistemáticos relevantes incluem: (1) se a medição produzida pela equipe de Riess apresentasse uma calibração muito melhorada do detector infravermelho da câmera de campo amplo do Telescópio Espacial Hubble; e (2) se a medição anterior de 2015 na tabela acima — usando o mesmo método de observação de estrelas binárias eclipsantes, estrelas variáveis ​​Cefeidas e supernovas do tipo Ia para determinar a medida da expansão cósmica — apresentasse uma correção para o viés de formação estelar. [8] Esses dois efeitos sistemáticos, entre outros, podem explicar por que as duas medições, ambas baseadas em estrelas binárias eclipsantes, estrelas variáveis ​​Cefeidas e supernovas do tipo Ia, apresentaram uma diferença de 3,4 quilômetros/segundo/megaparsec. Felizmente, como Riess e seus colegas apontam, imagens de alta resolução do Telescópio Espacial James Webb, que será lançado em breve, e dos maiores telescópios terrestres com óptica adaptativa provavelmente reduzirão esses erros sistemáticos e outros para muito menos de 1%.

Pessoalmente, não acredito que erros sistemáticos por si só expliquem a diferença de 9% entre as determinações da taxa de expansão cósmica feitas pela equipe de Riess e as obtidas pelo mapa da radiação cósmica de fundo em micro-ondas do Planck. Também não acredito que qualquer um dos cinco ajustes sugeridos pela equipe de Riess, isoladamente, resolva essa diferença. Estou convencido, com base nas melhores observações disponíveis atualmente, de que resolver essa diferença provavelmente exigirá uma combinação de dois ou mais dos seguintes fatores:

• Melhor compreensão e determinação dos efeitos sistêmicos,
• A energia escura está se mostrando mais complexa do que simplesmente ser governada pela constante cosmológica.
• Radiação de matéria escura e/ou interações de partículas, e
• O decaimento de uma ou mais partículas de matéria escura.

Em minha opinião, as medições da geometria do universo descartam a possibilidade de uma pequena curvatura cósmica influenciar a taxa de expansão cósmica de forma significativa.

Também vejo pouca probabilidade de a idade determinada do universo diminuir de 13,8 para 12,6 bilhões de anos. Existem muitos métodos de observação diferentes, independentes da taxa de expansão cósmica, que apontam para uma idade entre 13,0 e 13,9 bilhões de anos.

Situação Atual do Big Bang

À luz dessas observações recentes, qual é o status do modelo de criação do Big Bang e como devemos responder aos criacionistas da Terra jovem? Parece que a sigla ΛCDM precisará ser expandida. Os criacionistas da Terra jovem estão corretos ao apontar que o modelo do Big Bang tem evoluído. Essa evolução, entretanto, tem sido de uma maneira que comprova o modelo de criação do Big Bang, em vez de negá-lo.

O modelo evoluiu de um modelo de Big Bang para um modelo de Big Bang quente, para um modelo de Big Bang inflacionário quente, para um modelo de Big Bang inflacionário quente onde o universo é dominado por energia escura e secundariamente por matéria escura fria, até chegar a um modelo de criação do Big Bang ainda mais detalhado. Os criacionistas da Terra jovem citaram cada um desses ajustes como falhas do modelo. Nenhum desses ajustes, contudo, exigiu o abandono ou uma alteração importante no modelo do Big Bang. Pelo contrário, cada um forneceu evidências adicionais para a sua veracidade.

Nenhum modelo científico é ou jamais será completo. Há sempre mais para aprender. Os cientistas afirmam que um modelo tem grande probabilidade de estar correto quando amplia seu conhecimento e compreensão sobre algum aspecto do mundo natural e quando conseguem torná-lo progressivamente mais detalhado e abrangente em seu poder explicativo. Nesse sentido, o modelo da criação pelo Big Bang é um sucesso espetacular, e o artigo publicado por Riess e seus colegas contribui para esse sucesso. Aguardo ansiosamente a adição de uma ou duas letras à sigla ΛCDM.

Espero também que cientistas e leigos que ainda não seguem Jesus Cristo (e criacionistas da Terra jovem) reconheçam que os astrônomos não foram os primeiros a conceber o modelo de criação do Big Bang. Seis autores do Antigo Testamento anteciparam-se aos astrônomos em 2.500 anos ou mais. Por mais de dois milênios, a Bíblia permaneceu como o único livro a declarar as características fundamentais da cosmologia do Big Bang. [10] Essa previsão extraordinária é uma forte evidência da inspiração, inerrância e autoridade divina da Bíblia. Agora, temos ainda mais evidências científicas de que a Bíblia é a Palavra de Deus inspirada, inerrante e autoritativa.


Notas de Fim

1. Adam G. Riess et al., “Large Magellanic Cloud Cepheid Standards Provide a 1% Foundation for the Determination of the Hubble Constant and Stronger Evidence for Physics beyond ΛCDM”, Astrophysical Journal 876, n.º 1 (1º de maio de 2019): id. 85, doi:10.3847/1538-4357/ab1422.
2. Anna Harnes, “Scientists Believe Universe Is 1 Billion Years Younger Than Originally Thought—and Expanding Much Faster”, Inquisitr, 31 de maio de 2019, https://www.inquisitr.com/5461690/scientists-believe-universe-is-1-billion-years-younger-than-originally-thought-and-expanding-much-faster.
3. Harnes, “Scientists Believe Universe”.
4. Corey S. Powell, “The universe may be a billion years younger than we thought. Scientists are scrambling to figure out why”. NBC News, 18 de maio de 2019, https://www.nbcnews.com/mach/science/universe-may-be-billion-years-younger-we-thought-scientists-are-ncna1005541.
5. Powell, “The universe may be a billion years younger”.
6. Jake Hebert, “Big Bang Hubble Contradiction Confirmed”, Institute for Creation Research, 16 de maio de 2019, https://www.icr.org/article/big-bang-hubble-contradiction-confirmed.
7. Riess et al., “Large Magellanic Cloud”, 2.
8. M. Rigault et al., “Confirmation of a Star Formation Bias in Type Ia Supernova Distances and Its Effect on the Measurement of the Hubble Constant”, Astrophysical Journal 802, n.º 1 (20 de março de 2015): id. 20, doi:10.1088/0004-637X/802/1/20.
9. Apresento um levantamento abrangente desses métodos observacionais e seus resultados na determinação da idade cósmica em The Creator and the Cosmos, 4ª edition (Covina, CA: RTB Press, 2018), 59–75.
10. Hugh Ross, “Big Bang — the Bible Taught It First!” RTB 101, 30 de junho de 2000, https://www.reasons.org/explore/publications/rtb-101/read/rtb-101/2000/06/30/big-bang-the-bible-taught-it-first. {Já publicado traduzido aqui no blog sob o título Big Bang — A Bíblia ensinou primeiro!}

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Traduzido de Are Astronomers Confused about the Cosmic Creation Event? (RTB)

Etiquetas:

origem do universo - astrofísica - cosmologia - teoria do Big Bang - criacionismo (progressivo) da Terra velha - criacionismo da Terra jovem