Tal como as ondas do oceano esculpem a linha de costa, também pequenas ondulações no próprio espaço-tempo poderão ter colocado o Universo num rumo evolutivo que acabaria por conduzir ao cosmos tal como o observamos hoje.
O que se sabe (e o que falta) sobre o início do Universo
Numa nova proposta teórica, são as ondas gravitacionais - e não partículas hipotéticas chamadas inflatões - que estariam por detrás da expansão inicial do Universo e da forma como a matéria foi sendo redistribuída.
"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, isso sim, a mostrar que a gravidade e a mecânica quântica podem ser suficientes para explicar como surgiu a estrutura do cosmos."
Não existe, ainda, uma certeza sobre o que aconteceu nas fases mais precoces do Universo após a Grande Explosão, há cerca de 13,8 mil milhões de anos. Por enquanto, o que os cientistas conseguem fazer é construir teorias compatíveis com a física do Universo que, de facto, observamos.
E apesar de estes modelos funcionarem bastante bem, não são isentos de falhas. Um exemplo é o que o JWST revelou: um número elevado de galáxias muito massivas numa época mais remota do Universo do que os cosmólogos antecipavam.
A inflação e o papel atribuído ao inflaton
Na cronologia hoje mais aceite para a evolução cósmica, logo após a Grande Explosão ocorre um período de expansão extremamente rápida, conhecido como inflação. A partir de um único ponto 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 uma "sopa" quente de plasma que, ao arrefecer, deu origem à matéria.
Para explicar a inflação e a surpreendente uniformidade do cosmos, os cientistas recorrem ao inflaton, entendido como uma partícula especulativa ou um campo quântico. Em teoria, esse agente faria o Universo expandir-se a grande velocidade e, ao mesmo tempo, permitiria pequenas diferenças de densidade na "sopa" primordial de plasma; mais tarde, essas diferenças acabariam por condensar e dar origem a buracos negros, galáxias, estrelas e a toda a restante matéria dispersa pelo Universo.
O problema é que, apesar de décadas de tentativas, os físicos não encontraram evidência adicional que sustente a existência do inflaton. Foi por isso que Jiménez e os seus colegas quiseram perceber se haveria uma alternativa - isto é, se seria possível descrever a evolução inicial do Universo com parâmetros que dependessem menos de elementos hipotéticos.
Ondas gravitacionais no espaço de de Sitter: a alternativa proposta
O ponto de partida foi um modelo muito simplificado do Universo real, coerente com a relatividade geral e com as observações actuais sobre a expansão do Universo: o chamado espaço de de Sitter. Neste enquadramento, flutuações quânticas do espaço-tempo - ou seja, ondas gravitacionais - podem surgir a partir de um tipo de turbulência conhecida como perturbações tensoriais.
As ondas gravitacionais são encaradas como ondulações no espaço-tempo geradas por eventos extremamente violentos e massivos. As que hoje conseguimos detectar são produzidas por colisões entre objectos muito densos, como estrelas de neutrões e buracos negros. Ainda assim, os físicos consideram provável que todo o Universo esteja igualmente preenchido por um fundo constante de ondas gravitacionais - um zumbido omnipresente que, por enquanto, é demasiado fraco (ou demasiado difícil) para ser detectado.
Com base no seu modelo de espaço-tempo, os investigadores concluíram que as ondas gravitacionais geradas pelas perturbações tensoriais seriam capazes, por si só, de criar variações de densidade no plasma primordial e, simultaneamente, de impulsionar a expansão inicial do Universo.
Com o passar do tempo, essas variações poderiam originar aglomerados com densidade suficiente para colapsarem sob a acção da gravidade, formando as sementes do Universo primordial: as primeiras estrelas, as primeiras galáxias e os primeiros buracos negros.
Trata-se de uma solução particularmente elegante, por reduzir a dependência de hipóteses não observadas como força motriz da evolução inicial do Universo - embora, naturalmente, sejam necessários mais trabalhos para a confirmar.
Ainda assim, "O nosso mecanismo proposto poderia eliminar a necessidade de um cenário dependente do modelo: a escolha de um campo escalar, como o inflaton, para conduzir a inflação", escrevem os investigadores.
O estudo foi publicado na revista Investigação em Revisão Física.
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