Como começou o universo? E o que havia antes do Big Bang? Cosmologistas têm feito estas perguntas desde que se descobriu que nosso universo está se expandindo. As respostas não são fáceis de encontrar. O início do cosmo está velado e oculto das vistas de nossos mais poderosos telescópios. Ainda assim, as observações que fazemos hoje, podem nos dar pistas da origem no universo. Novas pesquisas sugerem uma nova maneira de sondar o início do espaço-tempo e determinar qual das teorias correntes está correta.

O cenário teórico mais largamente aceito para o começo do universo é a inflação que prediz que o universo se expandiu em taxas exponenciais nas primeiras nano-frações de segundo. Por outro lado, vários outros cenários alternativos foram sugeridos, alguns dos quais predizem que, antes do Big Bang, houve um Big Crunch. O truque está em encontrar medições que possam estabelecer uma distinção entre esses possíveis cenários.

Uma fonte de informações promissora acerca do começo do universo é o Fundo Cósmico de Micro-ondas (conhecido pela sua abreviatura em inglês, CMB) – o eco distante do Big Bang que permeia todo o espaço. Esse brilhareco parece, a uma primeira vista, ser suave e uniforme, porém, quando investigado mais a fundo, mostra pequeninas variações. Essas variações decorrem de flutuações quânticas presentes no nascimento do universo que foram esticadas na medida em que este se expandiu.

A abordagem convencional para distinguir entre os diferentes cenários, busca os possíveis traços de ondas gravitacionais, geradas durante o universo primordial, na CMB. “O que estamos propondo é uma nova abordagem que pode nos permitir revelar diretamente a história de evolução do universo primordial, a partir dos sinais astrofísicos. Esta história é diferente em cada cenário”, diz o co-autor Xingang Chen do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e da Universidade do Texas em Dallas.

Muito embora os estudos experimentais e teóricos deem pistas para as variações no universo primordial em termos de espaço, eles não o fazem para o elemento chave, o tempo. Sem um relógio para medir a passagem do tempo, a história da evolução do universo primordial não pode ser estabelecida sem dúvidas.

“Imagine que se pegasse os quadros de um filme e se empilhasse eles aleatoriamente. Se esses quadros não tiverem uma etioqueta de tempo, não será possível colocá-los na ordem certa. O universo primordial simplesmente explodiu, ou implodiu antes de explodir? Se não soubermos se o filme está correndo para a frente ou para trás, não podemos distinguir uma coisa da outra”, explica Chen.

Esta nova pesquisa sugere que este tal relógio existe e pode ser usado para medir a passagem do tempo no nascimento do universo. Esses relógios tomam a forma de partículas pesadas que são um produto esperado da “Teoria de Tudo” que vai integrar a mecânica quântica com a relatividade geral. Eles foram batizados de “relógios padrão primordiais”.

As partículas subatômicas pesadas se comportarão como um pêndulo, oscilando para frente e para trás de uma forma universal e padronizada. Elas podem fazê-lo por meio de oscilações quânticas, sem serem impelidas inicialmente. Essas oscilações quânticas vão agir como um tique-taque e adicionar as etiquetas de tempo aos quadros do filme da nossa analogia.

“Os tique-taques desses relógios padrão primordiais criariam as oscilações correspondentes no CMB, cujo padrão será forçosamente único para cada cenário”, diz o co-autor Yi Wang da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong. Porém os presentes dados não são precisos o bastante para plotar variações tão pequenas.

Experiências correntes devem melhorar significativamente a situação. Projetos tais como o BICEP3 do CfA e o Telescópio Keck, assim como várias outras experiências correlatas pelo mundo inteiro, serão capazes de coletar dados extremamente precisos do CMB, ao mesmo tempo que prosseguem as buscas pela detecção de ondas gravitacionais. Se as oscilações dos relógios padrão primordiais forem suficientemente fortes, as experiências devem encontrá-los na próxima década. Indícios adicionais podem vir de outras linhas de investigação, tais como os mapas da estrutura em larga escala do universo que incluam as galáxias e o hidrogênio cósmico.

E, já que os relógios padrão primordiais seriam um componente da “Teoria de Tudo”, encontrá-los também proveria indícios para uma física além do Modelo Padrão em uma escala que os colisores de partículas na Terra não têm acesso.

###