O universo pode ser um donut tridimensional, afirmam cientistas

Imagine um universo em que você pudesse apontar uma espaçonave em uma direção e, depois de um certo tempo, retornar ao ponto de partida. Se o nosso universo fosse um donut finito, então isso seria possível — e os físicos poderiam medir seu tamanho. 

Examinando a luz do universo primordial uma equipe de astrofísicos deduziu que nosso cosmos pode ser multiplamente conectado, o que significaria que o espaço está fechado em si mesmo em todas as três dimensões — como um donut tridimensional.

Esse universo hipotético seria finito e, de acordo com os resultados, o cosmos inteiro poderia ser apenas cerca de três a quatro vezes maior do que os limites do universo observável, cerca de 45 bilhões de anos-luz de distância. "Poderíamos dizer: agora sabemos o tamanho do universo", disse o astrofísico Thomas Buchert, da Universidade de Lyon, ao site Live Science .

Pessoas observam o céu noturno

Como descobrir o formato do universo?

Por décadas, os astrônomos debateram a forma do universo: se ele é "plano" (com linhas paralelas imaginárias que permaneceriam paralelas para sempre), "fechado" (com linhas paralelas que eventualmente se cruzariam) ou "aberto" (com linhas que divergiriam). Essa geometria ditaria seu destino: universos planos e abertos continuariam a se expandir para sempre, enquanto um universo fechado acabaria por entrar em colapso sobre si mesmo.

Múltiplas observações estabeleceram que vivemos em um universo plano. Linhas paralelas permanecem paralelas e nosso universo continuará se expandindo. Mas, como lembra o artigo publicado na Live Science, a forma é mais do que geometria: também existe a topologia — como as formas podem mudar enquanto mantêm as regras geométricas.

Testando a geometria

Como exemplo, pegue um pedaço de papel plano. É obviamente plano — as linhas paralelas permanecem paralelas. Se você pegar duas bordas desse papel e enrolá-lo em um cilindro, as linhas paralelas ainda serão paralelas, pois os cilindros são geometricamente planos. Mas se você pegar as extremidades opostas do papel cilíndrico e conectá-las, terá o formato de um donut, que também é geometricamente plano.

Embora as medições atuais do conteúdo e da forma do universo nos digam sua geometria é plana, elas não nos dizem nada sobre a topologia. Estaria nosso universo multiplamente conectado? Se sim, uma ou mais dimensões de nosso cosmos se conectam entre si.

Um universo multiplamente conectado?

Enquanto um universo perfeitamente plano se estenderia ao infinito, um universo plano com uma topologia multiplamente conectada teria tamanho finito. Se pudéssemos de alguma forma determinar se uma ou mais dimensões estão envolvidas, saberíamos que o universo é finito nessa dimensão e poderíamos então usar essas observações para medir o volume total do universo.

A equipe de astrofísicos das universidades de Ulm, na Alemanha, e de Lyon, na França, analisou a radiação cósmica de fundo (CMB). Quando ela foi lançada, nosso universo era um milhão de vezes menor do que hoje e, portanto, se fosse conectado, seria mais provável que se envolvesse dentro dos limites observáveis do cosmos naquela época. Hoje, devido à expansão do universo, é muito mais provável que seu envoltório esteja em uma escala além dos limites observáveis e, portanto, muito mais difícil de detectar.

No estudo, a equipe observou especificamente as perturbações na temperatura do CMB — se uma ou mais dimensões do universo se conectassem de volta a si mesmas, as perturbações não poderiam ser maiores do que a distância em torno desses loops.

Buchert explicou ao Live Science que em um espaço infinito, as perturbações na temperatura da radiação CMB existem em todas as escalas. Mas se o espaço é finito, então faltam aqueles comprimentos de onda maiores do que o tamanho do espaço. Em outras palavras: haveria um tamanho máximo para as perturbações — o que poderia finalmente revelar a topologia do universo.

Afinal, o universo tem formato de donut?

O estudo indica que é provável que sim. Mapas da CMB feitos por satélites de agências espaciais já captaram uma quantidade intrigante de perturbações ausentes em grandes escalas. Buchert e sua equipe examinaram essas perturbações ausentes, simulando como a CMB seria se o universo fosse um toro tridimensional — o nome matemático para um donut gigante — com o cosmos conectado a si mesmo nas três dimensões.

"As propriedades das flutuações observadas mostraram um 'poder ausente' em escalas além do tamanho do universo", explicou Buchert. A falta de energia significa que as flutuações na CMB não estão presentes nessas escalas — e isso implicaria em um universo multiplamente conectado e finito nessa escala de tamanho. 

“Podemos variar o tamanho do espaço e repetir esta análise. O resultado é um tamanho ideal do universo que melhor corresponda às observações da CMB. A resposta do nosso artigo é claramente que o universo finito corresponde às observações melhor do que o modelo infinito", finalizou o pesquisador.

Embora o resultado, tecnicamente, signifique que você pode viajar no espaço em uma direção e voltar ao ponto de partida, você não seria capaz de fazer isso na realidade, porque vivemos em um universo em expansão e, em grandes escalas, ela é mais rápida do que a velocidade da luz — então você nunca poderia alcançá-la e completar o loop.