O universo passou por uma fase de expansão extremamente rápida, conhecida como inflação. Por décadas, os cosmologistas acreditaram que essa expansão foi feita a partir de uma nova entidade no cosmos, chamada inflaton. No entanto, uma pesquisa sugere que pode ter sido possível inflacionar o universo sem a necessidade de um agente desconhecido.
Na década de 1970, o físico Alan Guth propôs uma visão radical sobre os primeiros momentos do universo. Buscando resolver certas propriedades problemáticas da física de altas energias em um universo jovem, denso e quente, ele concebeu um modelo no qual um novo campo quântico, batizado de inflaton, alimentava um breve, mas intenso, período de expansão acelerada, aumentando o tamanho do universo em muitas ordens de grandeza em menos de um segundo.
A teoria da inflação se manteve como uma hipótese forte sobre o universo primitivo porque resolve diversos problemas simultaneamente. Por exemplo, explica por que o cosmos parece geometricamente plano: sua escala é tão imensa que, apesar da curvatura global, qualquer região observável parece plana. Também ajuda a entender por que partes do universo separadas por enormes distâncias exibem características semelhantes: antes da inflação separá-las, elas estavam próximas o suficiente para interagir e se equilibrar.
Mais importante ainda, a inflação explica a formação das grandes estruturas cósmicas. O próprio processo inflacionário pegou a espuma quântica do espaço-tempo e a expandiu, criando as sementes gravitacionais que mais tarde deram origem a estrelas, galáxias e à teia cósmica.
No entanto, muitos mistérios permanecem. Ainda não sabemos qual é a verdadeira identidade do inflaton, o que o alimentou ou por que ele deixou de atuar. Além disso, não se tem evidências conclusivas de que a inflação ocorreu.
Diante dessas incertezas, surge a possibilidade de reproduzir as características observadas do universo sem precisar de um inflaton. Em um estudo recente, astrofísicos propuseram um modelo no qual a inflação ocorre, levando à formação da estrutura cósmica, sem que precise de uma entidade desconhecida.
Esse modelo parte de uma descrição do espaço onde a expansão ocorre devido a uma constante cosmológica, similar à energia escura que observamos no universo atual. Nesse cenário, a espuma quântica continua a atuar como de costume, gerando flutuações microscópicas no espaço-tempo.
Essas flutuações produzem ondas gravitacionais, que se espalham pelo espaço. Isoladamente, as ondas gravitacionais não poderiam formar as sementes das estruturas cósmicas, pois exercem um tipo inadequado de influência sobre o espaço-tempo.
Contudo, os pesquisadores descobriram que, sob certas condições, as ondas gravitacionais geradas pela espuma quântica podem, em alguns casos, induzir exatamente o tipo certo de deformações no espaço. Eles estavam procurando padrões que se manifestassem de maneira semelhante em diversas escalas de comprimento. Sabemos que as sementes da estrutura cósmica deveriam apresentar esse padrão porque é exatamente o que observamos no fundo cósmico de micro-ondas, a radiação remanescente da época em que o universo tinha apenas 380 mil anos. Essa radiação preserva um registro dessas estruturas iniciais e pode ser usada para testar modelos inflacionários.
Existem pequenas diferenças entre as estruturas geradas por esse modelo de inflação sem inflaton e aquelas previstas pela teoria inflacionária tradicional. No estudo, os pesquisadores não calcularam a magnitude dessas diferenças, mas o próximo passo será explorar as implicações observacionais dessa abordagem.
O modelo, no entanto, não é perfeito. Ainda pressupõe certas características do universo primitivo, como a presença de uma constante cosmológica suficientemente forte para impulsionar a rápida expansão. Além disso, não resolve completamente o problema da planicidade do universo ou a questão de por que regiões tão distantes possuem propriedades semelhantes. Mesmo assim, trata-se de uma linha de investigação promissora, pois pode abrir novas possibilidades que dispensam a necessidade do inflaton para explicar as transformações do universo jovem.
O cosmos primordial continua sendo um dos grandes mistérios da cosmologia moderna. Embora as evidências sugiram que o universo passou por uma fase de rápida expansão, ainda há muito a descobrir.
