PLANCK REVELA UM UNIVERSO QUASE PERFEITO
22 de Março de 2013
Adquirido pelo Telescópio Espacial Planck da ESA, foi divulgado ontem o mapa mais detalhado já produzido da radiação cósmica de fundo - a radiação relíquia do Big Bang - revelando a existência de características que desafiam as bases da nossa compreensão actual do Universo.
A imagem é baseada nos 15 meses e meio iniciais de dados do Planck e é a primeira da missão, de todo o céu e da radiação mais antiga do nosso Universo, impressa quando tinha apenas 380.000 anos.
Naquela época, o Universo jovem estava repleto de uma sopa densa e quente de protões, electrões e fotões em interacção, a cerca de 2700º C. Quando os protões e electrões uniram-se para formar os átomos de hidrogénio, foi libertada luz. À medida que o Universo crescia, esta radiação que hoje detectamos foi esticada para comprimentos de onda no microondas, equivalente a uma temperatura de apenas 2,7 graus acima do zero absoluto.
Esta radiação cósmica de fundo em microondas mostra pequenas variações de temperatura que correspondem a regiões de densidades ligeiramente diferentes em tempos muito antigos, representando as sementes de todas as estruturas no futuro: as estrelas e galáxias de hoje.
De acordo com o modelo padrão da cosmologia, as flutuações surgiram imediatamente após o Big Bang e foram esticadas para escalas cosmologicamente grandes durante um breve período de expansão acelerada conhecida como inflacção cósmica.
O Planck foi desenhado para mapear essas flutuações em todo o céu e com a mais alta resolução e sensibilidade de sempre. Ao analisar a natureza e distribuição das sementes na imagem obtida pelo Planck, podemos determinar a composição e evolução do Universo desde o seu nascimento até aos dias de hoje.
No geral, as informações extraídas do novo mapa do Planck fornecem uma excelente confirmação do modelo padrão da cosmologia com uma exactidão sem precedentes, estabelecendo um novo marco no nosso manifesto do conteúdo do Universo.
Mas dado que a precisão do mapa do Planck é tão alta, também possibilitou revelar algumas características peculiares e inexplicadas que poderão exigir novas leis da física para serem compreendidas.
"A extraordinária qualidade da imagem obtida pelo Planck do Universo jovem permite-nos descascar as suas camadas até à própria base, revelando que o nosso modelo do Cosmos está longe de terminado. Estas descobertas foram possíveis graças a tecnologias únicas desenvolvidas para este propósito pela indústria europeia," afirma Jean-Jacques Dordain, Director Geral da ESA.
"Desde o lançamento da primeira imagem de todo o céu do Planck em 2010, que temos vindo a extrair cuidadosamente e a analisar todas as emissões de primeiro plano que se encontram entre nós e a primeira luz do Universo, revelando a radiação cósmica de fundo com o maior detalhe já alcançado," acrescenta George Efstathiou da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.
Uma das descobertas mais surpreendentes é que as flutuações nas temperaturas da radiação cósmica de fundo em grandes escalas angulares não correspondem com as previstas pelo modelo padrão - os seus sinais não são tão fortes como o esperado a partir da estrutura a menor escala revelado pelo Planck.
Outra é uma assimetria nas temperaturas médias em hemisférios opostos do céu. Isto vai contra a previsão feita pelo modelo padrão de que o Universo deve ser muito semelhante em qualquer direcção que olhamos.
Além disso, um ponto frio estende-se ao longo de um trecho de céu que é muito maior do que o esperado.
A assimetria e o ponto frio já tinham sido insinuados com o antecessor do Planck, a missão WMAP da NASA, mas foram ignorados devido às dúvidas persistentes sobre a sua origem cósmica.
"O facto de o Planck ter feito a detecção significativa destas anomalias apaga quaisquer dúvidas sobre a sua realidade; já não se pode dizer que são artefactos das medições. São reais e temos que procurar uma explicação credível," afirma Paolo Natoli, da Universidade de Ferrara, na Itália.
"Imaginemos investigar os alicerces de uma casa e descobrir que partes da mesma são fracas. Podemos não saber se os pontos fracos vão eventualmente derrubar a casa, mas provavelmente vamos começar a procurar formas de os reforçar rapidamente," realça François Bouchet do Instituto de Astrofísica de Paris.
Uma forma de explicar as anomalias é propor que o Universo não é, de facto, o mesmo em todas as direcções numa escala maior do que a que podemos observar. Neste cenário, a radiação cósmica de fundo pode ter tido um percurso mais complicado pelo Universo do que anteriormente se pensava, resultando em alguns dos padrões anormais observados actualmente.
"O nosso objectivo final seria a construção de um novo modelo que prevê as anomalias e que as une. Mas estes são os primeiros dias; até agora, não sabemos se isso é possível e que tipo de nova física pode ser necessária. E isso é excitante," afirma o professor Efstathiou.
Além das anomalias, no entanto, os dados do Planck adequam-se espectacularmente bem com as expectativas de um modelo bastante simples do Universo, permitindo aos cientistas extrair os valores mais refinados até agora dos seus ingredientes.
A matéria normal que compõe estrelas e galáxias contribui apenas 4,9% da densidade de massa/energia do Universo. A matéria escura, que até agora só foi detectada indirectamente pela sua influência gravitacional, constitui 26,8%, quase um quinto mais do que a estimativa anterior.
Por outro lado, a energia escura, uma força misteriosa que se pensa ser responsável pela aceleração da expansão do Universo, representa menos do que se pensava.
Finalmente, os dados do Planck também definem um novo valor para a velocidade a que o Universo cresce hoje em dia, conhecido como a constante de Hubble. A 67,15 quilómetros por segundo por megaparsec, o valor é significativamente menor do que o valor padrão actual na Astronomia. Os dados sugerem que a idade do Universo é de 13,82 mil milhões de anos.
"Com os mapas mais precisos e detalhados do céu em microondas já feitos, o Planck está a pintar uma nova imagem do Universo que nos empurra para os limites da compreensão actual das teorias cosmológicas," afirma Jan Tauber, cientista do projecto Planck da ESA.
"Nós vemos um ajuste quase perfeito para o modelo padrão da cosmologia, mas com características intrigantes que nos obrigam a repensar algumas das nossas suposições básicas. Este é o começo de uma nova jornada e esperamos que a nossa análise contínua dos dados do Planck ajudem a lançar luz sobre este enigma."
As anisotropias da radiação cósmica de fundo, observadas pelo Planck. A radiação cósmica de fundo é um instantâneo da luz mais antiga do nosso Universo, impressa no céu quando o Universo tinha apenas 380.000 anos de idade. Mostra minúsculas variações de temperatura que correspondem regiões de densidades ligeiramente diferentes, representando as sementes de toda a estrutura do futuro: as estrelas e galáxias de hoje.
Crédito: ESA, Colaboração Planck
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Quando comparado com o melhor ajuste de observações para o modelo padrão da cosmologia, as capacidades de alta precisão do Planck revelam que as flutuações da radiação cósmica de fundo em grande escala não são tão fortes como o esperado. O gráfico mostra um mapa derivado da diferença entre os dois, que é representativo do aspecto das anomalias.
Crédito: ESA, Colaboração Planck
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Duas características anómalas da radiação cósmica de fundo, sugeridas pelo antecessor do Planck, o WMAP da NASA, estão confirmadas nos novos dados de alta-precisão. Um deles é a assimetria nas temperaturas médias em hemisfério opostos do céu (indicado pela linha curva), com temperaturas médias um pouco mais altas no hemisfério sul eclíptico e ligeiramnete temperaturas médias mais baixas no hemisfério norte eclíptico. Isto vai contra a previsão feita pelo modelo padrão que o Universo deve ser muito semelhante em qualquer direcção que olhamos. Há também um local frio, que se estende ao longo de um trecho do céu que é muito maior do que o esperado (círculo). Nesta imagem as regiões anómalas foram aprimoradas com tons azuis e vermelhos, para torná-los mais visíveis.
Crédito: ESA, Colaboração Planck
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O mapa de alta-resolução da radiação cósmica de fundo obtido pelo Planck permitiu aos cientistas extrair os valores mais refinados até agora dos ingredientes do Universo. A matéria normal que compõe as estrelas e galáxias contribui com apenas 4,9% da massa/energia do Universo. A matéria escura, que é detectada indirectamente pela sua influência gravitacional sob matéria vizinha, ocupa 26,8% enquanto a energia escura, uma força misteriosa que seria responsável pela aceleração da expansão do Universo, corresponde a 68,3%. A figura "antes do Planck" baseia-se nos nove anos de dados obtidos pelo WMAP, apresentados por Hinshaw et al (2013).
Crédito: ESA, Colaboração Planck
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