O universo borbulhante: uma transição de fase anteriormente desconhecida no início do universo

Esta é aproximadamente a ideia do que aconteceu no início do universo, logo após o Big Bang, 13,7 bilhões de anos atrás.

A ideia vem dos físicos de partículas Martin S. Sloth do Centro de Cosmologia e Fenomenologia de Física de Partículas da Universidade do Sul da Dinamarca e Florian Niedermann do Instituto Nórdico de Física Teórica (NORDITA) em Estocolmo. Niedermann é um pós-doutorando anterior no grupo de pesquisa de Sloth. Neste novo artigo científico, eles apresentam uma base ainda mais forte para sua ideia.

Muitas bolhas colidindo umas com as outras

“É preciso imaginar que as bolhas surgiram em vários lugares no início do universo. Elas ficaram maiores e começaram a colidir umas com as outras. No final, houve um estado complicado de bolhas em colisão, que liberaram energia e eventualmente evaporaram”, disse Martin S. . Preguiça.

O pano de fundo para sua teoria das mudanças de fase em um universo borbulhante é um problema altamente interessante com o cálculo da chamada constante de Hubble; um valor para a rapidez com que o universo está se expandindo. Sloth e Niedermann acreditam que o universo borbulhante desempenha um papel aqui.

A constante de Hubble pode ser calculada de forma muito confiável, por exemplo, analisando a radiação cósmica de fundo ou medindo a velocidade com que uma galáxia ou uma estrela em explosão está se afastando de nós. Segundo Sloth e Niedermann, ambos os métodos não são apenas confiáveis, mas também reconhecidos cientificamente. O problema é que os dois métodos não levam à mesma constante de Hubble. Os físicos chamam esse problema de “tensão de Hubble”.

Há algo de errado com nossa imagem do início do universo?

“Na ciência, você tem que ser capaz de chegar ao mesmo resultado usando métodos diferentes, então aqui temos um problema. Por que não obtemos o mesmo resultado quando estamos tão confiantes em ambos os métodos?” disse Florian Niedermann.

Sloth e Niedermann acreditam ter encontrado uma maneira de obter a mesma constante de Hubble, independentemente do método usado. O caminho começa com uma transição de fase e um universo borbulhante – e, portanto, um universo inicial e borbulhante está conectado à “tensão de Hubble”.

“Se presumirmos que esses métodos são confiáveis ​​- e pensamos que são – então talvez os métodos não sejam o problema. Talvez precisemos olhar para o ponto de partida, a base à qual aplicamos os métodos. Talvez essa base está errado.”

Uma energia escura desconhecida

A base para os métodos é o chamado Modelo Padrão, que assume que havia muita radiação e matéria, tanto normal quanto escura, no início do universo, e que essas eram as formas dominantes de energia. A radiação e a matéria normal foram comprimidas em um plasma escuro, quente e denso; o estado do universo nos primeiros 380.000 anos após o Big Bang.

Quando você baseia seus cálculos no Modelo Padrão, chega a resultados diferentes para a rapidez com que o universo está se expandindo – e, portanto, diferentes constantes de Hubble.

Mas talvez uma nova forma de energia escura estivesse em jogo no início do universo? Preguiça e Niedermann pensam assim.

Se você introduzir a ideia de que uma nova forma de energia escura no início do universo de repente começou a borbulhar e passar por uma transição de fase, os cálculos concordam. Em seu modelo, Sloth e Niedermann chegam à mesma constante de Hubble ao usar os dois métodos de medição. Eles chamam essa ideia de Nova Energia Escura Primitiva – NEDE.

Mudança de uma fase para outra – como água para vapor

Sloth e Niedermann acreditam que essa nova energia escura passou por uma transição de fase quando o universo se expandiu, pouco antes de mudar do estado de plasma denso e quente para o universo que conhecemos hoje.

– Isso significa que a energia escura no universo primitivo passou por uma transição de fase, assim como a água pode mudar de fase entre congelada, líquida e vapor. No processo, as bolhas de energia eventualmente colidiram com outras bolhas e ao longo do caminho liberaram energia, disse Niedermann.

“Pode ter durado desde um tempo insanamente curto – talvez apenas o tempo que duas partículas levam para colidir – até 300.000 anos. Não sabemos, mas isso é algo que estamos trabalhando para descobrir”, acrescentou Sloth.

Precisamos de uma nova física?

Assim, o modelo de transição de fase é baseado no fato de que o universo não se comporta como o Modelo Padrão nos diz. Pode parecer um pouco cientificamente maluco sugerir que algo está errado com nossa compreensão fundamental do universo; que você pode apenas propor a existência de forças ou partículas até então desconhecidas para resolver a tensão de Hubble.

“Mas se confiarmos nas observações e cálculos, devemos aceitar que nosso modelo atual do universo não pode explicar os dados, e então devemos melhorar o modelo. Não descartando-o e seu sucesso até agora, mas elaborando-o e fazendo mais detalhado para que possa explicar os novos e melhores dados”, disse Martin S. Sloth, acrescentando:

“Parece que uma transição de fase na energia escura é o elemento que falta no atual Modelo Padrão para explicar as diferentes medições da taxa de expansão do universo.

Quão rápido o universo está se expandindo?

A constante de Hubble é um valor de quão rápido o universo está se expandindo.

No modelo de Martin S. Sloth e Florian Niedermann, a constante de Hubble é 72. Aproximadamente. Afinal, grandes distâncias estão sendo calculadas, então devemos permitir uma incerteza de alguns decimais.

O que significa 72? Isso significa 72 km por segundo por Megaparsec. Megaparsecs são uma medida da distância entre, por exemplo, duas galáxias, e um megaparsec é 30.000.000.000.000.000.000 km. Para cada megaparsec entre nós e, por exemplo, uma galáxia, a galáxia se afasta de nós a 72 km por segundo.

Quando você mede a distância das galáxias por supernovas, obtém uma constante de Hubble de aprox. 73 (km/s)/megaparsec. Mas ao medir as primeiras partículas de luz (a radiação cósmica de fundo), a constante de Hubble é 67,4 (km/s)/megaparsec.

Quando Sloth e Niedermann mudaram a base desses cálculos, introduzindo a existência de uma nova energia escura inicial que passa por uma transição de fase – conforme descrito no artigo – ambos os tipos de cálculos chegam a uma constante de Hubble de cerca de 72.