{"id":26525,"date":"2025-04-24T16:11:06","date_gmt":"2025-04-24T19:11:06","guid":{"rendered":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/?p=26525"},"modified":"2025-04-24T16:11:07","modified_gmt":"2025-04-24T19:11:07","slug":"um-novo-metodo-independente-de-modelo-para-medir-a-curvatura-do-universo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.sbfisica.org.br\/v1\/sbf\/um-novo-metodo-independente-de-modelo-para-medir-a-curvatura-do-universo\/","title":{"rendered":"Um novo m\u00e9todo independente de modelo para medir a curvatura do Universo"},"content":{"rendered":"\n

Uma equipe internacional de f\u00edsicos, incluindo o brasileiro Miguel Quartin, do Centro Brasileiro de Pesquisas F\u00edsicas (CBPF), prop\u00f4s um novo m\u00e9todo para medir a curvatura espacial do Universo no artigo Cosmological Spatial Curvature with the Alcock-Paczy\u0144ski Effect<\/a>, publicado em 13 de mar\u00e7o na Physical Review Letters (PRL). A proposta se destaca por oferecer uma abordagem mais robusta e menos dependente de modelos cosmol\u00f3gicos, respondendo a uma das perguntas mais antigas da cosmologia: qual \u00e9 a forma do Universo?<\/p>\n\n\n\n

A curvatura espacial do Universo \u00e9 um par\u00e2metro fundamental previsto pela Teoria da Relatividade Geral. Ela pode ser positiva (como uma esfera), negativa (como uma sela de cavalo) ou nula (plana como uma folha de papel). Embora as medi\u00e7\u00f5es atuais sugiram que o Universo \u00e9 quase plano, os dados ainda comportam uma pequena margem de curvatura \u2014 e essa incerteza pode esconder implica\u00e7\u00f5es filos\u00f3ficas e f\u00edsicas profundas, como o fato de vivermos em um Universo finito.<\/p>\n\n\n

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O f\u00edsico Miguel Quartin, do Centro Brasileiro de Pesquisas F\u00edsicas (CBPF).<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n\n\n

At\u00e9 hoje, as principais t\u00e9cnicas para estimar a curvatura se apoiam em \u201cvelas padr\u00e3o\u201d, como supernovas do tipo Ia, e em \u201cr\u00e9guas c\u00f3smicas\u201d, como as oscila\u00e7\u00f5es ac\u00fasticas de b\u00e1rions (BAO). No entanto, esses m\u00e9todos est\u00e3o sujeitos a incertezas relacionadas \u00e0 calibra\u00e7\u00e3o dos objetos usados, o que pode enviesar as conclus\u00f5es. \u201cA maioria das medidas que fazemos na cosmologia s\u00e3o indiretas. Voc\u00ea s\u00f3 interpreta o que v\u00ea assumindo um modelo te\u00f3rico por tr\u00e1s\u201d, diz Quartin em entrevista ao Boletim SBF<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n

O BAO \u00e9 como o \u201ceco\u201d do Universo Primordial, no qual a mat\u00e9ria quente formada por pr\u00f3tons e n\u00eautrons criava uma densa cortina que impedia a luz de sair, mas que ap\u00f3s a sua libera\u00e7\u00e3o, 380 mil anos ap\u00f3s o Big Bang, deixou marcas na mat\u00e9ria. Ao mesmo tempo, houve tamb\u00e9m a libera\u00e7\u00e3o de f\u00f3tons antes aprisionados na \u201csopa primordial\u201d, que viajam at\u00e9 hoje no Universo, e s\u00e3o captadas em forma de micro-ondas, um registro \u201cpaleontol\u00edtico\u201d da cria\u00e7\u00e3o chamada de radia\u00e7\u00e3o c\u00f3smica de fundo.<\/p>\n\n\n\n

Uma maneira po\u00e9tica did\u00e1tica de entender as oscila\u00e7\u00f5es ac\u00fasticas de b\u00e1rions e o feito da radia\u00e7\u00e3o c\u00f3smica de fundo foi oferecida pelo f\u00edsico Luciano Barosi, brasileiro que integra o projeto BINGO<\/a>, um r\u00e1diotelesc\u00f3pio que est\u00e1 sendo constru\u00eddo no sert\u00e3o da Para\u00edba: imagine v\u00e1rias pessoas em p\u00e9 na praia, dentro do mar. Uma onda se forma ao longe e passa por cada uma delas, carregando um pouco da \u201cinforma\u00e7\u00e3o\u201d de cada corpo.<\/p>\n\n\n\n

Quando finalmente essa onda quebra na areia, ela deixa impressa uma mem\u00f3ria coletiva daquela travessia. No Universo Primordial, era assim: ondas sonoras se propagavam por um plasma quente de part\u00edculas, e, quando o Universo esfriou o suficiente, 380 mil anos ap\u00f3s o Big Bang, essas ondas pararam de viajar, mas deixaram gravado, na distribui\u00e7\u00e3o da mat\u00e9ria e da luz, um eco permanente daquela movimenta\u00e7\u00e3o inicial. \u00c9 esse \u201crastro\u201d que os cientistas leem hoje, tanto na radia\u00e7\u00e3o c\u00f3smica de fundo quanto na distribui\u00e7\u00e3o das gal\u00e1xias, para investigar a geometria do Universo.<\/p>\n\n\n\n

Em expans\u00e3o – <\/strong>Foi Edwin Hubble que revelou, nos anos 1920, que as gal\u00e1xias estavam se afastando. Desde ent\u00e3o, a ideia de um Universo em expans\u00e3o foi se aprimorando na ci\u00eancia e passou a ser medida com base na luz de supernovas (as chamadas velas-padr\u00e3o). A partir do fim dos anos 1990, esse m\u00e9todo sugeriu que a expans\u00e3o era acelerada, hip\u00f3tese que se confirmou uma d\u00e9cada depois e ganhou refor\u00e7o com os dados dos sat\u00e9lites WMAP e Planck, que consolidaram o modelo padr\u00e3o \u039bCDM. Mas, nos \u00faltimos 15 anos, tens\u00f5es entre diferentes medi\u00e7\u00f5es, especialmente da constante de Hubble, v\u00eam desafiando esse modelo e abrindo espa\u00e7o para abordagens mais independentes, como a rec\u00e9m-proposta por Miguel Quartin e colaboradores da It\u00e1lia e da Alemanha. \u201cHoje temos uma diferen\u00e7a de cinco sigma entre o valor da constante medido localmente e aquele inferido a partir da radia\u00e7\u00e3o c\u00f3smica de fundo. Isso \u00e9 um sinal forte de que algo pode estar errado no nosso modelo\u201d, alerta Quartin.<\/p>\n\n\n\n

Um novo olhar para o Cosmos –<\/strong> A t\u00e9cnica desenvolvida pela equipe de Quartin combina dois efeitos observacionais: o efeito Alcock-Paczy\u0144ski e as distor\u00e7\u00f5es no espa\u00e7o de redshift. O primeiro explora como estruturas cosmol\u00f3gicas presumidamente esf\u00e9ricas podem parecer distorcidas se o modelo usado para medir o espa\u00e7o estiver errado. \u201cSe voc\u00ea parte de uma esfera e enxerga um elipsoide, tem algo de errado com o modelo que est\u00e1 assumindo. Quando o modelo for correto, a esfera se reconstr\u00f3i\u201d, explica.<\/p>\n\n\n\n

J\u00e1 as distor\u00e7\u00f5es de redshift derivam das velocidades peculiares das gal\u00e1xias, ou seja, dos seus movimentos al\u00e9m da expans\u00e3o c\u00f3smica. Essas perturba\u00e7\u00f5es s\u00e3o geralmente tratadas como ru\u00eddo, mas, quando bem interpretadas, tornam-se ferramentas preciosas para medir dist\u00e2ncias e a taxa de expans\u00e3o do universo em diferentes \u00e9pocas. \u201cEla surge das chamadas distor\u00e7\u00f5es no espa\u00e7o de redshift, o segundo pilar da t\u00e9cnica. Para entender esse efeito, \u00e9 preciso lembrar que o Universo est\u00e1 em expans\u00e3o: as gal\u00e1xias, em m\u00e9dia, est\u00e3o se afastando de n\u00f3s, o que provoca o fen\u00f4meno conhecido como redshift, ou desvio para o vermelho, uma mudan\u00e7a na frequ\u00eancia da luz semelhante ao efeito Doppler que percebemos quando uma ambul\u00e2ncia se afasta e o som de sua sirene se torna mais grave\u201d, explica Quartin.<\/p>\n\n\n\n

\u201cS\u00f3 que o Universo real n\u00e3o \u00e9 feito apenas dessa expans\u00e3o suave e uniforme. Tudo est\u00e1 em movimento: a Terra gira em torno do Sol, o Sol gira em torno do centro da Via L\u00e1ctea, e a pr\u00f3pria gal\u00e1xia se desloca no grupo local. Al\u00e9m disso, regi\u00f5es do Universo com mais mat\u00e9ria tendem a atrair ainda mais mat\u00e9ria. Onde h\u00e1 um leve excesso de g\u00e1s e gal\u00e1xias, h\u00e1 maior chance de forma\u00e7\u00e3o de novas estruturas. E onde h\u00e1 pouco, tende a haver ainda menos. Esse processo leva \u00e0 forma\u00e7\u00e3o de grandes aglomera\u00e7\u00f5es c\u00f3smicas: gal\u00e1xias, estrelas, planetas, inclusive n\u00f3s mesmos\u201d, continua o cientista.<\/p>\n\n\n\n

\u201cEssas regi\u00f5es mais densas, ao colapsarem gravitacionalmente, geram movimentos de queda em dire\u00e7\u00e3o ao centro de massa, o que cria um padr\u00e3o de colapso aproximadamente esf\u00e9rico em diversas dire\u00e7\u00f5es do c\u00e9u. Quando observamos esses colapsos, percebemos distor\u00e7\u00f5es adicionais no redshift das gal\u00e1xias \u2014 distor\u00e7\u00f5es que se sobrep\u00f5em ao desvio causado pela expans\u00e3o do Universo.\u201d<\/p>\n\n\n\n

\u00c9 a combina\u00e7\u00e3o desse colapso esf\u00e9rico, que gera uma estrutura de refer\u00eancia, com o efeito Alcock-Paczy\u0144ski, que permite aos pesquisadores reconstruir a geometria do espa\u00e7o e inferir sua curvatura. O m\u00e9todo \u00e9 poderoso porque permite comparar a forma real com a forma observada e, assim, testar diretamente qual modelo cosmol\u00f3gico produz uma esfera verdadeira.<\/p>\n\n\n\n

Ao juntar essas duas abordagens, os pesquisadores conseguem obter simultaneamente a dist\u00e2ncia adimensional e o par\u00e2metro de Hubble sem depender da f\u00edsica do Universo Primordial, como o chamado horizonte ac\u00fastico, que influencia outros m\u00e9todos. Isso torna a proposta mais robusta diante das incertezas sobre as condi\u00e7\u00f5es iniciais do Cosmos. \u201cNosso m\u00e9todo \u00e9 mais robusto porque n\u00e3o depende de suposi\u00e7\u00f5es espec\u00edficas sobre o Universo Primordial, mas o custo \u00e9 uma leve perda de precis\u00e3o. \u00c9 por isso que grandes levantamentos de dados s\u00e3o essenciais\u201d, destaca Quartin.<\/p>\n\n\n\n

Perspectivas –<\/strong> \u00c9 a\u00ed que entram os novos levantamentos astron\u00f4micos que est\u00e3o revolucionando a cosmologia observacional. O DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) \u00e9 um projeto norte-americano instalado no Observat\u00f3rio Kitt Peak, no Arizona. Seu objetivo \u00e9 mapear a posi\u00e7\u00e3o e o redshift de dezenas de milh\u00f5es de gal\u00e1xias, criando o maior mapa 3D do Universo j\u00e1 feito. Os primeiros cat\u00e1logos de dados j\u00e1 foram divulgados.<\/p>\n\n\n\n

J\u00e1 o Euclid, liderado pela Ag\u00eancia Espacial Europeia (ESA), \u00e9 um sat\u00e9lite lan\u00e7ado em julho de 2023 com a miss\u00e3o de investigar a energia escura e a geometria do Universo a partir do espa\u00e7o. Seus dados cobrir\u00e3o uma faixa ainda maior do c\u00e9u, com precis\u00e3o in\u00e9dita.<\/p>\n\n\n\n

Segundo Quartin, a combina\u00e7\u00e3o dos dados do DESI e do Euclid permitir\u00e1 aplicar o novo m\u00e9todo com muito mais efic\u00e1cia. \u201cEnquanto o Sloan Digital Sky Survey (SDSS) conseguia medir em duas ou tr\u00eas \u00e9pocas diferentes do Universo, agora teremos dados em 10 a 20 diferentes janelas c\u00f3smicas. Isso vai permitir uma precis\u00e3o sem precedentes.\u201d<\/p>\n\n\n\n

As simula\u00e7\u00f5es mostram que ser\u00e1 poss\u00edvel restringir a curvatura espacial com uma incerteza inferior a 0,06 no par\u00e2metro \u03a9\u2096 \u2014 um salto not\u00e1vel frente aos m\u00e9todos anteriores. Mas talvez mais importante do que os n\u00fameros seja a abertura que essa abordagem traz para pensar novas cosmologias. Em um momento de tens\u00f5es com o modelo padr\u00e3o \u039bCDM, alternativas independentes de modelo se tornam ainda mais valiosas.<\/p>\n\n\n\n

\u201cPode ser que estejamos \u00e0 beira de uma mudan\u00e7a de paradigma. Nosso m\u00e9todo ajuda justamente nesse momento, oferecendo uma forma mais neutra de medir o Universo sem partir de suposi\u00e7\u00f5es que talvez precisem ser revistas\u201d, conclui Quartin.<\/p>\n\n\n\n

O artigo completo est\u00e1 dispon\u00edvel na Physical Review Letters e a entrevista com o pesquisador pode ser assistida na \u00edntegra tamb\u00e9m no canal da Sociedade Brasileira de F\u00edsica no YouTube. Miguel Quartin ainda era professor da UFRJ durante a produ\u00e7\u00e3o e publica\u00e7\u00e3o deste artigo.<\/p>\n\n\n\n

Veja a entrevista na \u00edntegra<\/h2>\n\n\n\n

Veja a entrevista com o f\u00edsico Miguel Quartin, do Centro Brasileiro de Pesquisas F\u00edsicas (CBPF), realizada pelo jornalista Roger Marzochi. Se preferir, acesse nosso canal no Youtube<\/a>.<\/p>\n\n\n\n

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