Um novo estudo mostra que o universo pode ser muito menos “uniforme e simétrico” do que as pessoas supõem há muito tempo. Esta conclusão abala a premissa básica do modelo cosmológico padrão representado por "ΛCDM" (Λ-matéria escura fria). Durante muitos anos, a comunidade científica aceitou geralmente o chamado "princípio cosmológico", isto é, numa escala suficientemente grande, o universo é aproximadamente o mesmo em todas as direcções e a distribuição da matéria é globalmente uniforme; o modelo ΛCDM é baseado nesta suposição, em que "Λ" representa a misteriosa "energia escura" que se acredita impulsionar a expansão acelerada do universo, e "CDM" refere-se à matéria escura fria que se move a uma velocidade muito mais lenta que a velocidade da luz. Contudo, novas evidências apontam para outra possibilidade: o universo pode ser “distorcido” e “assimétrico” em grandes escalas.
O cerne desta controvérsia é a chamada “anomalia dipolo cósmica”. Para compreendê-lo, devemos começar com a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) – o tênue resíduo de radiação deixado quando o universo esfriou o suficiente para permitir que os fótons viajassem livremente cerca de 380 mil anos após o Big Bang. É considerado um dos pilares observacionais mais importantes da cosmologia moderna. O CMB é extremamente uniforme em geral, mas há flutuações de temperatura muito sutis, que são chamadas de “anisotropia”. A mais importante é a “anisotropia dipolo”: o céu é ligeiramente mais quente de um lado e ligeiramente mais frio do outro. Durante muito tempo, os cientistas interpretaram esta imagem como se o sistema solar estivesse se movendo em relação ao “referencial estacionário” do universo, resultando em uma diferença de temperatura semelhante ao efeito Doppler.
Se esta explicação for verdadeira, então a distribuição da matéria em galáxias e quasares extremamente distantes também deverá mostrar um padrão dipolo semelhante ao CMB. Esta ideia foi proposta pelos cosmólogos George Ellis e John Baldwin na década de 1980, e mais tarde foi chamada de "teste de Ellis-Baldwin". De acordo com as expectativas do modelo padrão, a direção e intensidade do dipolo de distribuição de material devem estar alinhadas com o dipolo CMB e ser bastante consistentes. No entanto, uma nova investigação descobriu que, embora as direcções sejam de facto consistentes, existe uma séria discrepância na “magnitude”: a força do dipolo observada na distribuição da matéria distante excede em muito as previsões dos modelos cosmológicos existentes.
Para examinar esta diferença em profundidade, a equipa de investigação analisou dados de mais de 1,4 milhões de quasares e cerca de 500.000 fontes de rádio. Os resultados mostraram que a significância estatística deste sinal anormal excedeu o padrão 5σ (“Cinco Sigma”) – o que significa que a probabilidade de ser uma coincidência puramente aleatória é extremamente baixa, cerca de apenas uma em 3,5 milhões. Nos campos da física de partículas e da cosmologia, 5σ é geralmente considerado o limiar para a "descoberta". O Centro Europeu de Pesquisa Nuclear (CERN) também adotou o mesmo padrão quando anunciou a descoberta do bóson de Higgs. O professor Subir Sarkar, da Universidade de Oxford, coautor do estudo, disse sem rodeios: "Esta questão não pode mais ser ignorada. A validade da própria métrica FLRW é agora questionável!"
A chamada métrica FLRW, em homenagem aos quatro cientistas Friedmann, Lemaître, Robertson e Walker, é a base matemática para descrever o universo em expansão no âmbito da teoria geral da relatividade de Einstein. Esta métrica também se baseia na premissa de que “o universo é uniforme e isotrópico em grande escala” e é o pilar central do modelo cosmológico padrão ΛCDM. Se as observações finalmente confirmarem que o universo é sistematicamente assimétrico em grandes escalas, então a estrutura geral do universo descrita com base na hipótese FLRW pode não ser mais precisa.
Isto não é apenas uma questão de ajustes matemáticos, mas também afeta diretamente o status de conceitos-chave como “energia escura”. O modelo padrão atual acredita que a energia escura representa cerca de 70% da energia total do universo e é um fator chave para explicar a expansão acelerada do universo. No entanto, a energia escura até agora permaneceu no nível de “hipótese” e não foi confirmada por experimentos físicos diretos. Se o próprio universo não for verdadeiramente isotrópico, então algumas das observações interpretadas como "evidências de energia escura" provavelmente se originarão de suposições incorretas sobre a geometria e a estrutura em grande escala do universo, em vez de algum componente físico adicional. O pesquisador Sebastian von Hausegger apontou: “Se no sistema de referência isotrópico da CMB, o corpo celeste distante em si não fosse isotrópico, seria uma violação direta dos princípios da cosmologia... Isso significa que temos que voltar ao ponto de partida e começar de novo.”
Curiosamente, em comparação com a questão da “tensão de Hubble” que tem sido amplamente discutida aos olhos do público, a “anomalia do dipolo cósmico” tem recebido muito menos atenção até agora. A chamada tensão de Hubble refere-se ao desvio óbvio entre os dois principais conjuntos de métodos de medição da taxa de expansão do universo (constante de Hubble): o valor estimado a partir de sinais do universo primitivo, como o CMB, é significativamente menor do que a estimativa do "universo tardio" baseada em observações de supernovas e galáxias próximas. Mas o principal desafio da tensão de Hubble é o valor preciso da taxa de expansão do Universo; em contraste, esta anomalia dipolo aponta para um ponto mais fundamental – se o universo é realmente “estatisticamente uniforme” na maior escala.
Nos próximos anos, espera-se que uma série de grandes projetos de observação astronómica forneçam evidências importantes para esta controvérsia. O satélite Euclides da Agência Espacial Europeia está a mapear a distribuição tridimensional de milhares de milhões de galáxias para estudar a energia escura e a estrutura em grande escala do universo. A missão SPHEREx da NASA irá varrer todo o céu em comprimentos de onda infravermelhos em busca de pistas sobre a formação de galáxias e a origem da estrutura cósmica. O Observatório Vera C. Rubin, no Chile, continuará a varrer o céu meridional para estudar a matéria escura e vários eventos celestes transitórios; e o Square Kilometer Array (SKA), um radiotelescópio muito grande construído através da cooperação internacional, analisará a estrutura em grande escala do universo com uma sensibilidade sem precedentes. Ao mesmo tempo, espera-se também que novos métodos, como o aprendizado de máquina, ajudem os cientistas a construir novos modelos cosmológicos que possam explicar essas “observações anômalas”.
Por enquanto, o sinal mais importante desta investigação é que o Universo pode ser muito mais complexo do que pensávamos – que pode não ser tão simples, simétrico e uniforme. Se as observações subsequentes confirmarem ainda mais estas descobertas, os humanos não só precisarão de reexaminar o atual modelo cosmológico padrão, mas poderão até ter de reescrever toda a compreensão do papel da energia escura na evolução do universo.