Dados de um dos maiores mapas do Universo desafiam uma hipótese fundamental da Cosmologia

A Cosmologia é baseada em um conjunto de hipóteses que ajudam a descrever como o Universo evolui em grandes escalas. A mais importante é o princípio cosmológico, que assume que o Universo é homogêneo e isotrópico quando observado em grandes distâncias, e a causalidade, que estabelece que eventos físicos só influenciam regiões conectadas pela velocidade da luz.

Grande parte dos resultados obtidos nas últimas décadas depende diretamente dessas hipóteses. O modelo cosmológico padrão ΛCDM, por exemplo, usa a homogeneidade e a isotropia para interpretar observações da radiação cósmica de fundo, da distribuição de galáxias e da expansão do Universo. Dessas observações obtemos a estimativa da idade do Universo, a quantidade de matéria escura e a taxa de expansão cósmica.

Caso uma dessas hipóteses não seja válida, as análises terão que ser novamente realizadas e modelos terão que ser revisados. Com isso, um novo estudo baseado nos dados do Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI), responsável pelo maior mapa tridimensional do Universo já produzido, encontrou indícios de que a hipótese da isotropia pode não ser completamente válida.

Isotropia

A isotropia é um dos princípios fundamentais da Cosmologia e estabelece que, em grandes escalas, o Universo deve apresentar as mesmas propriedades independentemente da direção em que é observado. Em outras palavras, um observador localizado em qualquer ponto do Universo não deveria ter uma direção privilegiada para a distribuição média de galáxias e matéria.

O princípio cosmológico reúne duas hipóteses centrais: homogeneidade e isotropia. A homogeneidade afirma que a densidade média de matéria é semelhante em diferentes regiões do Universo. Já a isotropia determina que essa distribuição também deve ser equivalente em qualquer direção observada. Junto com a Relatividade Geral e o princípio da causalidade, essas hipóteses constituem a base dos modelos cosmológicos.

Por que a isotropia é importante?

A importância da isotropia está no fato de que praticamente todas as previsões da Cosmologia dependem dessa hipótese. Os modelos que descrevem a expansão do Universo, a formação de estruturas cósmicas e a radiação cósmica de fundo assumem que não existe uma direção privilegiada. Sem essa hipótese, seria necessário construir modelos mais complexos para explicar as observações.

Caso a isotropia não seja válida, parte da interpretação dos dados cosmológicos precisará ser revisada. Diferenças sistemáticas entre direções poderiam indicar que o Universo evoluiu de maneira diferente do que prevê o modelo cosmológico padrão. Isso afetaria diretamente análises da distribuição de galáxias e da própria expansão acelerada atribuída à energia escura.

Novo estudo

Para investigar a isotropia, os pesquisadores usaram uma técnica estatística conhecida como ADPD, desenvolvida para medir correlações direcionais na distribuição das galáxias sem assumir uma direção preferencial. Os resultados foram comparados com previsões de um modelo cosmológico isotrópico. O objetivo era verificar se a distribuição das galáxias realmente segue o comportamento esperado pelo modelo cosmológico padrão.

A análise dos dados do DESI revelou que as galáxias apresentam uma coerência direcional persistente até escalas de bilhões de anos-luz. Os pesquisadores encontraram indícios de que a matéria permanece agrupada de maneira anisotrópica em escalas muito maiores do que aquelas investigadas anteriormente. Se confirmado por outras observações, esse resultado desafia diretamente a hipótese de que o Universo é isotrópico.

DESI

Nesse trabalho, dados do DESI, com 47 milhões de galáxias distribuídas ao longo de cerca de 11 bilhões de anos-luz, foram usados para a análise. O DESI é capaz de obter simultaneamente o espectro de até 5 mil galáxias e quasares usando um sistema robótico de fibras ópticas. A partir dessas observações, o DESI mede as distâncias de dezenas de milhões de objetos.

Apesar do DESI ter criado o mapa mais preciso do Universo, os autores do trabalho dizem que serão necessários novos levantamentos cosmológicos e análises para verificar se essa possível anisotropia é real. Caso esse resultado seja confirmado, modelos e parâmetros que sabemos sobre o Universo serão revisados.