A Terra está dentro de um gigantesco vazio? Isso poderia resolver um dos maiores enigmas da cosmologia
No campo da cosmologia, um dos grandes enigmas é a taxa na qual o universo está se expandindo. As previsões para essa taxa geralmente são feitas com base no modelo padrão Lambda-matéria escura fria (ΛCDM), que utiliza análises aprofundadas da luz residual do Big Bang, conhecida como radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB).
Essa expansão faz com que as galáxias se afastem umas das outras, aumentando sua velocidade conforme a distância entre elas e nós cresce. A velocidade e a separação de uma galáxia estão interligadas pelo que chamamos de “constante de Hubble”, que é estimada em cerca de 70 quilômetros por segundo por Megaparsec. Isso significa que a velocidade de uma galáxia aumenta em aproximadamente 80.000 quilômetros por hora para cada milhão de anos-luz de distância em relação à nossa posição.
Contudo, debates recentes sobre esse valor levaram ao que os especialistas chamam de “tensão de Hubble”. Medições baseadas em galáxias próximas e supernovas indicam uma taxa de expansão cerca de 10% maior do que as previsões feitas a partir do CMB.
Nossa pesquisa mais recente sugere uma causa potencial: nossa localização dentro de um imenso vazio cósmico, uma região com densidade abaixo da média. Propomos que os fluxos de matéria do vazio, impulsionados pelas forças gravitacionais mais fortes das áreas mais densas ao redor, poderiam inflar as medições locais de expansão.
Nossa hipótese nos coloca perto do centro de um vazio com um bilhão de anos-luz de extensão, com uma densidade cerca de 20% inferior à média do universo — não completamente desprovido de matéria.
Este vazio proposto desafia o modelo padrão. A CMB mostra um universo jovem com matéria distribuída de maneira uniforme, mas as contagens de galáxias em várias regiões sugerem que estamos em um vazio local.
Exploramos mais essa ideia, alinhando diversas observações cosmológicas sob a suposição de que existimos em um grande vazio. Isso nos levou a considerar a Dinâmica Newtoniana Modificada (MOND) em vez do ΛCDM. MOND foi inicialmente proposta para abordar discrepâncias nas velocidades de rotação das galáxias, sugerindo que a lei da gravidade de Newton poderia não se aplicar em áreas de atração gravitacional extremamente fraca, como nas periferias das galáxias.
Sob MOND, a expansão geral do universo se assemelharia ao modelo padrão, mas estruturas como aglomerados de galáxias se formariam mais rapidamente. Nosso modelo ilustra como o universo local poderia parecer em um cenário MOND, permitindo variações nas medições locais da taxa de expansão com base em nossa localização específica.
Estudos recentes de galáxias forneceram um teste crucial para nosso modelo, examinando as velocidades previstas em diferentes áreas por meio do “fluxo em massa” – a velocidade média de movimento da matéria dentro de uma esfera. Observações de até um bilhão de anos-luz mostram que a velocidade deste fluxo é quatro vezes maior do que o modelo padrão prevê e aumenta com o tamanho da esfera.
Esses achados se alinham bem com nosso modelo, sugerindo proximidade com o centro do vazio, sendo o vazio mais vazio em seu núcleo.
Diante dos debates sobre a tensão de Hubble, alguns argumentam por medições mais precisas ou propõem que a taxa de expansão local mais alta seja a correta, exigindo ajustes menores na expansão do universo primitivo para se alinhar com o CMB. No entanto, uma crítica significativa a essa abordagem destaca sete problemas, incluindo uma contradição com as estimativas das idades das estrelas mais antigas, se o universo tivesse se expandido 10% mais rápido durante a maior parte de sua história.
Evidências de um vazio local vasto e profundo e fluxos rápidos de massa apoiam a ideia de que as estruturas crescem mais rápido do que o modelo ΛCDM prevê em escalas de dezenas a centenas de milhões de anos-luz.
Além disso, o aglomerado de galáxias El Gordo, com sua formação precoce, massa elevada e velocidade de colisão, desafia as expectativas do modelo padrão.
Dado que a gravidade é fundamental nessas escalas, parece necessário expandir a teoria da Relatividade Geral de Einstein, especialmente para escalas maiores que um milhão de anos-luz. No entanto, medir a gravidade nessas grandes escalas é um desafio, pois não existem objetos gravitacionalmente vinculados tão grandes. Assumir a validade da Relatividade Geral nessas condições leva a conflitos significativos com os modelos cosmológicos atuais.
Einstein teria dito que novos problemas não podem ser resolvidos com o mesmo pensamento que os criou. Embora as mudanças possam não ser drásticas, as evidências atuais podem estar sinalizando a necessidade de uma teoria da gravidade revisada, potencialmente marcando a primeira mudança significativa em mais de um século. [Live Science]
