Campos magnéticos podem resolver um problema sobre a expansão do Universo? Estudo diz que sim

Um dos problemas da Astronomia é chamado de tensão de Hubble que é a discrepância estatística entre os valores da constante de Hubble. Os valores obtidos a partir de observações do Universo local são diferentes dos valores obtidos por observações do Universo primordial. Essa diferença persiste mesmo com uso de instrumentos melhores, novos métodos e refinamentos estatísticos, ou seja, não se trata apenas de erro sistemático, mas de uma divergência na própria Física.

Astrônomos e físicos têm explorado diversas hipóteses para resolver essa discrepância. Entre elas estão extensões do modelo cosmológico padrão (ΛCDM), presença de energia escura dinâmica, variação das constantes fundamentais em função do tempo e efeitos nas calibrações observacionais. Essas propostas tentam juntar as diferenças observadas quando a constante de Hubble é calculada para diferentes escalas e ao mesmo tempo manter a explicação de outros fenômenos cosmológicos já conhecidos.

Um artigo recente propõe que campos magnéticos presentes no início do Universo podem ter desempenhado um papel acelerando o processo de recombinação. O processo de recombinação aconteceu quando ocorreu a formação de átomos neutros a partir de prótons e elétrons. A presença desses campos poderia modificar a taxa de recombinação e afetar a interpretação das propriedades observadas da CMB. Isso faria com os parâmetros cosmológicos inferidos a partir da CMB, incluindo o valor da constante de Hubble, pudessem ser diferentes.

Tensão de Hubble

A tensão de Hubble é a discrepância entre os valores da constante de Hubble, que quantifica a taxa de expansão do Universo, obtidos por métodos independentes. Medidas no Universo local, baseadas em escadas de distância que combinam Cefeidas e supernovas do tipo Ia, resultam em uma constante de aproximadamente 73 km/s/Mpc. Já os valores obtidos de observações do Universo mais jovem tem valores menores, próximos a 67 km/s/Mpc.

Essa discrepância ultrapassa o nível de 5σ, ou seja, é um resultado extremamente confiável. Esse nível de confiança torna improvável que a tensão seja causada apenas por flutuações estatísticas ou erros experimentais simples. A tensão de Hubble indica, portanto, uma possível inconsistência entre a descrição do Universo primitivo e a dinâmica do Universo mais velho.

CMB

A radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) é o remanescente térmico do Universo muito jovem. A CMB foi emitida cerca de 380 mil anos após o Big Bang, quando prótons e elétrons se combinaram para formar átomos neutros durante a era da recombinação. Esse processo tornou o Universo transparente à radiação, que desde então se expandiu e esfriou até atingir uma temperatura média de aproximadamente 2,7 K.

As pequenas anisotropias da CMB nos dão informações sobre a densidade de matéria, radiação, energia escura e a geometria do Universo, além das condições iniciais do Universo. Com isso, há uma relação entre a CMB e a constante de Hubble porque ela nos dá informações sobre o próprio modelo cosmológico. Isso é importante, principalmente, para entender como a taxa de expansão era no passado e como ela poderia ter evoluído.

Papel dos campos magnéticos

Os campos magnéticos são partes importantes do Universo e estão presentes em quase todos os fenômenos observados. Isso se dá, principalmente, porque a maior parte da matéria visível está em forma de plasma. Com isso, um grupo de astrônomos estudou a possibilidade dos campos magnéticos terem um papel na forma como ocorreu a recombinação que deu origem à CMB. Esses campos magnéticos poderiam ter modificado as taxas de resfriamento, transporte de energia e processos radiativos.

Essas mudanças impactariam diretamente as anisotropias da CMB que nos dão as informações que precisamos para calcular a constante de Hubble naquela época. Ao interpretar os dados da CMB assumindo um cenário sem campos magnéticos primordiais, os parâmetros cosmológicos inferidos, incluindo a constante de Hubble, são diferentes. Assim, a presença de campos magnéticos no início do Universo pode ajudar a explicar as discrepâncias entre medições locais e aquelas derivadas da CMB.

Origem desses campos magnéticos

A inclusão de campos magnéticos primordiais no modelo cosmológico padrão surge como uma possível explicação para a tensão de Hubble. Esses campos, se presentes desde o Universo primordial, poderiam ter afetado alguns processos e levado a uma interpretação enviesada da constante de Hubble a partir da CMB. Os campos magnéticos estão presentes na maior parte do Universo visível, inclusive, na dinâmica do plasma primordial que originou a CMB mais tarde.

Além disso, essa hipótese fornece uma explicação para a origem dos campos magnéticos observados hoje em galáxias, aglomerados e no meio intergaláctico. Em vez de serem gerados apenas por mecanismos astrofísicos tardios, como dínamos galácticos, esses campos poderiam ter sido amplificados ao longo da evolução do Universo. Se confirmada, essa interpretação ajudará a explicar a tensão de Hubble sem a necessidade de uma nova Física e usando um fenômeno que já é importante no Universo.

Referência da notícia

Jedamzik et al. 2025 Hints of primordial magnetic fields at recombination and implications for the Hubble tension Nature Astronomy