A Via Láctea pode estar localizada dentro de um gigantesco vazio cósmico com cerca de 2 bilhões de anos-luz de diâmetro. Isso é evidenciado pelas oscilações acústicas bariônicas – traços residuais de ondas sonoras que pararam de se propagar 380 mil anos após o Big Bang, mas que estão preservados na estrutura em larga escala da matéria no Universo. Essa hipótese pode explicar a discrepância entre as estimativas locais e cosmológicas de sua taxa de expansão.
Fonte da imagem: Moritz Haslbauer, Zarija Lukic / Royal Astronomical Society, CC BY 4.0
Uma equipe internacional de cientistas liderada pelo cosmólogo Indranil Banik, da Universidade de Portsmouth (UoP), propôs uma possível explicação para uma das controvérsias centrais da cosmologia moderna: a discrepância entre dois métodos independentes para medir a taxa de expansão do Universo. A primeira abordagem baseia-se em observações do Universo primordial, incluindo a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) e as oscilações acústicas bariônicas (BAO).
Esses métodos produzem o chamado valor cosmológico da constante de Hubble, que é de aproximadamente 67,4 km/s por megaparsec, com uma incerteza típica de ±0,5. A segunda abordagem baseia-se em observações de objetos astronômicos próximos, como estrelas variáveis Cefeidas e supernovas do Tipo Ia (as fontes de luz padrão pelas quais os astrônomos medem distâncias no espaço com precisão). Ela produz um valor local da constante de Hubble de cerca de 73,0 km/s por megaparsec, com uma incerteza de cerca de ±1. Essa discrepância, conhecida como intensidade de Hubble, atinge uma significância estatística de 3,3 sigma, o que descarta sua natureza aleatória e requer uma explicação física.
De acordo com os cálculos dos pesquisadores, um vazio local – uma região no espaço cuja densidade é aproximadamente 20% menor que a média – pode explicar essa discrepância. De acordo com o modelo de Banik, se nossa galáxia estiver localizada próxima ao centro desse vazio, a matéria fluirá lentamente sob a influência da gravidade para regiões mais densas do Universo. Isso levará a um escoamento acelerado de matéria do interior e, como resultado, criará a ilusão de uma expansão local mais rápida. Uma hipótese semelhante já foi proposta no passado, mas somente agora foi obtida uma confirmação quantitativa de sua confiabilidade.
Oscilações acústicas bariônicas (BAOs) formaram estruturas em anel gigantes visíveis na distribuição das galáxias. Essas estruturas servem como uma “régua” cósmica para estimar os parâmetros da expansão do Universo. Crédito da imagem: Gabriela Secara / Perimeter Institute, CC BY 4.0
Os autores do estudo se voltaram para a análise das oscilações acústicas bariônicas – flutuações de densidade que surgiram no início do Universo, quando este era preenchido por plasma quente. Naquela época, a gravidade e a radiação formavam ondas sonoras que se propagavam pela matéria comprimida. Quando o Universo se tornou menos denso, as ondas cessaram, mas suas impressões permaneceram na forma de estruturas esféricas gigantes – anéis peculiares com um diâmetro de cerca de 1 bilhão de anos-luz. Esses anéis, chamados BAO, podem ser considerados um “som congelado do Big Bang”.
De acordo com cálculos baseados em uma análise bayesiana de dados de oscilação acústica de bárions nos últimos 20 anos, o modelo com um vazio local foi considerado cerca de 100 milhões de vezes mais provável do que um modelo homogêneo sem vazio, o que é consistente com observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas obtidas pelo satélite Planck.
Para confirmar ou refutar a hipótese, a equipe planeja iniciar uma série de observações de objetos nas proximidades da Via Láctea. O foco será em supernovas, cefeidas e galáxias cujas características nos permitirão verificar a estrutura do espaço próximo. Para isso, serão utilizados dados dos telescópios mais recentes, incluindo o Euclid e o Nancy Grace Roman, lançados em 2023. Esses dispositivos são capazes de realizar medições espectroscópicas com precisão sem precedentes e refinar os parâmetros da BAO em várias escalas cosmológicas. A confirmação da hipótese sobre a existência de um vazio local pode representar uma mudança conceitual na cosmologia no século XXI.