O universo observável, conforme revelado pelo fundo cósmico de micro-ondas (CMB), apresenta uma surpreendente homogeneidade térmica em grande escala. A temperatura média dessa radiação fóssil é de \(\sim 2{,}725\ \text{K}\), com flutuações da ordem de \(10^{-5}\). No entanto, algumas regiões do céu estão tão distantes que nunca puderam interagir causalmente desde o Big Bang, pois a luz não teve tempo de viajar entre elas. Como, então, explicar uma temperatura tão uniforme?
Em um modelo clássico do Big Bang sem inflação, regiões separadas por mais de um ângulo de \(\sim 1\)° na esfera celeste não puderam trocar luz ou informação desde o início do universo. O horizonte causal define esse limite de contato: é a distância máxima percorrida pela luz desde o Big Bang. No entanto, o CMB parece indicar uma isotropia muito além desse horizonte. Essa contradição é chamada de problema do horizonte.
Para resolver esse paradoxo, a teoria da inflação cósmica, introduzida na década de 1980 por Alan Guth, propõe uma expansão exponencial muito rápida do espaço-tempo por volta de \(10^{-36}\) s após o Big Bang. Durante um período extremamente breve, o volume do universo teria aumentado por um fator superior a \(10^{26}\). Essa fase teria colocado em contato causal regiões hoje muito distantes, explicando a uniformidade observada.
A inflação não resolve apenas o problema do horizonte. Ela também fornece condições iniciais homogêneas e quase planas, explicando a baixa curvatura do universo (\(\Omega \approx 1\)) e a estrutura em grande escala. Além disso, prevê um espectro de flutuações quânticas amplificadas durante essa fase, que são a origem das anisotropias do CMB observadas pelo WMAP e Planck.
A fase inflacionária poderia estar ligada a uma transição de fase em um campo escalar (o campo do inflaton), cujo potencial seria governado pela física de altas energias (\(E \gg 10^{15}\ \text{GeV}\)). Esse campo poderia representar uma manifestação de uma teoria unificada (GUT), conectando as interações fundamentais no início do universo.
O problema do horizonte catalisou a elaboração do paradigma inflacionário, amplamente aceito hoje. No entanto, a própria origem da inflação, a natureza do campo do inflaton e a saída dessa fase ainda são incertas. A compreensão dessa época primitiva é, portanto, essencial para conectar a cosmologia e a física fundamental.
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