O que Aconteceu Antes do Big Bang?

Uma equipe de cientistas propôs um novo teste eficaz para verificar a veracidade da inflação cósmica, a teoria de que o Universo se expandiu exponencialmente de tamanho em uma pequena fração de segundo logo após o Big Bang. Seu objetivo é dar uma visão de uma questão antiga: como era o Universo antes do Big Bang?
Embora a inflação cósmica seja bem conhecida por resolver alguns mistérios importantes sobre a estrutura e a evolução do Universo, outras teorias muito diferentes também podem explicar esses mistérios. Em algumas dessas teorias, o estado do Universo que precede o Big Bang - o chamado universo primordial - estava se contraindo em vez de se expandir, e o Big Bang era, portanto, parte de um Grande Rebote.
Para ajudar a decidir entre a inflação e essas outras ideias, o princípio da falseabilidade - isto é, provar que uma teoria é falsa - inevitavelmente surgiu. Alguns pesquisadores, incluindo Avi Loeb, do Centro de Astrofísica | Harvard e Smithsonian (CfA), em Cambridge, Massachusetts, levantaram preocupações sobre a inflação, sugerindo que sua adaptabilidade aparentemente interminável torna praticamente impossível testar adequadamente.
"A falseabilidade deve ser uma característica de qualquer teoria científica. A situação atual da inflação é que é uma ideia tão flexível que não se consegue mostrar nenhuma falha experimentalmente", disse Loeb. "Não importa o valor que as pessoas mensurem para algum atributo observável, há sempre alguns modelos de inflação que podem explicá-lo".
Agora, uma equipe de cientistas liderada por Xingang Chen, do CfA, juntamente com Loeb, e Zhong-Zhi Xianyu, do Departamento de Física da Universidade de Harvard, aplicaram uma ideia que chamam de "relógio padrão primordial" às teorias não inflacionárias, e expôs um método que pode ser usado para que a inflação falhe experimentalmente. O estudo aparecerá na Physical Review Letters como uma sugestão dos editores.
Em um esforço para encontrar alguma característica que possa separar a inflação de outras teorias, a equipe começou identificando a propriedade definidora das várias teorias - a evolução do tamanho do universo primordial.
"Por exemplo, durante a inflação, o tamanho do Universo cresce exponencialmente", disse Xianyu. "Em algumas teorias alternativas, o tamanho do Universo se contrai. Alguns fazem isso muito lentamente, enquanto outros o fazem muito rápido".
"Os atributos que as pessoas propuseram até agora para medir, geralmente têm dificuldade em distinguir entre as diferentes teorias, porque elas não estão diretamente relacionadas à evolução do tamanho do universo primordial", continuou ele. "Então, queríamos descobrir quais são os atributos observáveis ​​que podem estar diretamente ligados a essa propriedade definidora".
Os sinais gerados pelo relógio padrão primordial podem servir a tal propósito. Esse relógio é qualquer tipo de partícula elementar pesada no universo primordial. Tais partículas devem existir em qualquer teoria e suas posições devem oscilar em alguma frequência regular, muito parecido com o tique-taque do pêndulo de um relógio.
O universo primordial não era inteiramente uniforme. Havia pequenas irregularidades na densidade em escalas minúsculas que se tornaram as sementes da estrutura em larga escala observada no universo atual. Esta é a principal fonte de informação que os físicos confiam para aprender sobre o que aconteceu antes do Big Bang.
Os ticks do relógio padrão geraram sinais que foram impressos na estrutura dessas irregularidades. Relógios padrão em diferentes teorias do universo primordial predizem diferentes padrões de sinais, porque as histórias evolutivas do Universo são diferentes.
"Se imaginarmos que todas as informações que aprendemos até agora sobre o que aconteceu antes do Big Bang está em um rolo de quadros de filme, o relógio padrão nos dirá como esses quadros devem ser reproduzidos", explicou Chen.
"Sem qualquer informação do relógio, não sabemos se o filme deve ser reproduzido para frente ou para trás, rápido ou lento, assim como não temos certeza se o universo primordial estava inflando ou contraindo, e quão rápido ele o fez. É onde está o problema. O relógio padrão coloca carimbos de hora em cada um desses quadros quando o filme foi filmado antes do Big Bang e nos diz como tocar o filme".
A equipe calculou como esses sinais de relógio padrão deveriam aparecer em teorias não inflacionárias, e sugeriu como eles deveriam ser procurados em observações astrofísicas. "Se um padrão de sinais representando um universo em contração fosse encontrado, ele tornaria falsa toda a teoria inflacionária", disse Xianyu.
O sucesso desta ideia está na experimentação. "Esses sinais serão muito sutis para detectar", disse Chen, "e talvez tenhamos que procurar em muitos lugares diferentes. A radiação cósmica de fundo de microondas é um desses lugares, e a distribuição de galáxias é outra. Já começamos a procurar por esses sinais e já existem alguns candidatos interessantes, mas precisamos de mais dados".
Em futuros levantamentos de galáxias, com o Grande Telescópio de Levantamentos Sinótico (LSST, na sigla em inglês), liderado pelos EUA, o Euclid da Europa e o projeto recém-aprovado pela NASA, SPHEREx, devem fornecer dados de alta qualidade que poderão ser usados ​​em direção ao objetivo.

Fonte: Space Daily via Center for Astrophysics