Quantos anos tem o universo exatamente? Uma nova teoria sugere que existe há duas vezes mais tempo do que se acredita

As primeiras observações do universo pelo Telescópio Espacial James Webb (JWST) não podem ser explicadas pelos modelos cosmológicos atuais. 

Esses modelos estimam que o universo tenha 13,8 bilhões de anos de idade, com base no conceito de universo em expansão do big bang .

Galáxia NGC 6822, vizinha da Via Láctea, sendo estudada para aprender mais sobre estrelas e poeira no universo primitivo. Crédito: NASA/Telescópio Espacial James Webb

Minha pesquisa propõe um modelo que determina a idade do universo em 26,7 bilhões de anos , o que explica as observações de “ galáxias primitivas impossíveis ” do JWST.

As primeiras galáxias impossíveis referem-se ao facto de algumas galáxias que datam da alvorada cósmica – 500 a 800 milhões de anos após o big bang – terem discos e protuberâncias semelhantes àquelas que passaram por um longo período de evolução. E as galáxias de tamanho menor são aparentemente mais massivas do que as maiores , o que é exatamente o oposto da expectativa.

Frequência e distância

Esta estimativa de idade é derivada da taxa de expansão do universo, medindo o desvio para o vermelho das linhas espectrais na luz emitida por galáxias distantes. Uma explicação anterior do desvio para o vermelho baseava-se na hipótese de que a luz perde energia à medida que percorre distâncias cósmicas. Esta explicação da “luz cansada” foi rejeitada porque não conseguia explicar muitas observações.

O desvio para o vermelho da luz é semelhante ao efeito Doppler no som: os ruídos parecem ter frequência (intensidade) mais alta quando se aproximam e mais baixa quando se afastam. Redshift, uma frequência de luz mais baixa, indica quando um objeto está se afastando de nós; quanto maior a distância da galáxia, maior a velocidade recessiva e o desvio para o vermelho.

Uma explicação alternativa para o desvio para o vermelho foi devido ao efeito Doppler: galáxias distantes estão a afastar-se de nós a velocidades proporcionais à sua distância, indicando que o Universo está a expandir-se. O modelo do universo em expansão tornou-se preferido pela maioria dos astrônomos depois que dois astrônomos que trabalhavam para os Bell Labs, Arno Penzias e Robert Wilson, descobriram acidentalmente a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) em 1964, que o modelo de estado estacionário não conseguia explicar satisfatoriamente.

A taxa de expansão determina essencialmente a idade do universo. Até ao lançamento do Telescópio Espacial Hubble na década de 1990, a incerteza na taxa de expansão estimava a idade do Universo entre sete e 20 mil milhões de anos. Outras observações levaram ao valor actualmente aceite de 13,8 mil milhões de anos, colocando o modelo do big bang no pedestal da cosmologia.

Limitações dos modelos anteriores

Uma pesquisa publicada no ano passado propôs resolver o impossível problema da galáxia primitiva usando o modelo da luz cansada . No entanto, a luz cansada não pode explicar satisfatoriamente outras observações cosmológicas, como os desvios para o vermelho das supernovas e a uniformidade da radiação cósmica de fundo em microondas . 

Tentei combinar o modelo padrão do big-bang com o modelo de luz cansada para ver como ele se ajustava aos dados de supernovas e aos dados do JWST, mas não se encaixou bem neste último. Contudo, aumentou a idade do Universo para 19,3 mil milhões de anos.

Em seguida, tentei criar um modelo híbrido compreendendo a luz cansada e um modelo cosmológico que desenvolvi com base nas constantes de acoplamento evolutivas propostas pelo físico britânico Paul Dirac em 1937 . Isso se ajustou bem a ambos os dados, mas quase dobrou a idade do universo.

O novo modelo estende o tempo de formação de galáxias de 10 a 20 vezes em relação ao modelo padrão, dando tempo suficiente para a formação de galáxias iniciais "impossíveis" e bem evoluídas, conforme observado.

Como acontece com qualquer modelo, será necessário fornecer uma explicação satisfatória para todas as observações que são satisfeitas pelo modelo cosmológico padrão.

Misturando modelos

A abordagem de misturar dois modelos para explicar novas observações não é nova. Isaac Newton considerou que a luz se propaga como partículas em sua teoria da luz, que prevaleceu até ser substituída pela teoria ondulatória da luz no século 19 para explicar os padrões de difração observados com a luz monocromática.

Uma galáxia estimada em 500 milhões de anos, o que a torna uma das galáxias mais jovens já vistas. Crédito: Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA

Albert Einstein ressuscitou a natureza semelhante a partículas da luz para explicar o efeito fotoelétrico – que a luz tem características duplas: semelhante a partículas em algumas observações e semelhante a ondas em outras. Desde então, ficou bem estabelecido que todas as partículas têm essas características duais.

Outra forma de medir a idade do Universo é estimar a idade das estrelas em aglomerados globulares na nossa própria galáxia – a Via Láctea . Os aglomerados globulares incluem até um milhão de estrelas, todas as quais parecem ter se formado ao mesmo tempo no universo primitivo.

Supondo que todas as galáxias e aglomerados começaram a se formar simultaneamente, a idade da estrela mais antiga do aglomerado deveria fornecer a idade do universo (menos o tempo em que as galáxias começaram a se formar). Para algumas estrelas como Matusalém, que se acredita ser a mais antiga da galáxia, a modelagem astrofísica produz uma idade maior do que a idade do universo determinada pelo modelo padrão , o que é impossível.

Einstein acreditava que o universo é o mesmo observado de qualquer ponto e em qualquer momento – homogêneo, isotrópico e atemporal. Para explicar o desvio para o vermelho observado em galáxias distantes em um universo em estado estacionário , que parecia aumentar proporcionalmente à sua distância (lei de Hubble), o astrônomo suíço Fritz Zwicky propôs a teoria da luz cansada em 1929 .

Nova informação

Embora algumas observações do Telescópio Espacial Hubble apontassem para o impossível problema das primeiras galáxias, foi só com o lançamento do JWST em dezembro de 2021, e com os dados que forneceu desde meados de 2022, que este problema foi firmemente estabelecido.

Para defender o modelo padrão do big bang , os astrónomos tentaram resolver o problema comprimindo a linha do tempo para a formação de estrelas massivas e de buracos negros primordiais que acumulam massa a taxas não fisicamente elevadas.

No entanto, está se desenvolvendo um consenso em direção a uma nova física para explicar essas observações do JWST.

Fonte: phys.org