Universul este o mare aparent fără sfârșit, plină de stele, galaxii și nebuloase. În ea, vedem tipare și constelații care au inspirat povești de-a lungul istoriei. Dar există un model cosmic pe care încă nu îl înțelegem. Întrebare care rămâne fără răspuns: Care este forma universului? Ne-am gândit că știm, dar noile cercetări sugerează altfel și ar putea indica o criză în cosmologie.
Mulți astronomi timpurii au susținut că universul era o sferă de stele, care înconjura sistemul solar și se concentra pe un Pământ fix și neîntrerupt. Dar de-a lungul secolelor, astronomii au descoperit că Soarele nostru era doar unul dintre miliardele din cadrul unei galaxii și că existau nenumărate galaxii împrăștiate pe miliarde de ani-lumină de spațiu. Întrebarea formei creației părea un punct mut. Stelele și galaxiile existau într-un spațiu gol. Ceea ce ar putea fi spațiul nu este decât o pânză goală: plată, euclidiană și lipsită de structură.
Apoi, la începutul anilor 1900, Albert Einstein și-a dezvoltat teoria relativității generale. În ea, spațiul nu era o pânză goală. S-ar putea îndoi și întinde, răsuci și deforma, pe baza poziției și mișcării masei în univers. Aceste deformări spațiale au deviat lumina și materia, provocând efectul pe care îl numim gravitație. Odată cu relativitatea, spațiul ar putea adopta diferite forme. Atunci a fost posibil ca universul să aibă o formă cosmică de ansamblu, la fel cum Pământul este, în ansamblu, rotund.
Foarte larg, relativitatea generală ar permite universului să aibă una dintre cele trei forme: plană, închisă sau deschisă.
Flat este modul în care gândim spațiul în viața noastră de zi cu zi. Este spațiul euclidian despre care învățăm în școală. Spațiul plat se extinde uniform în toate direcțiile și două fascicule de lumină paralele ar rămâne pentru totdeauna paralele.
Spațiul deschis poate fi imaginat sub formă de șa. Se îndoaie în așa fel încât se diverge pe măsură ce vă extindeți spre exterior. Două fascicule de lumină inițial paralele s-ar răspândi treptat, îndepărtându-se ușor unele de altele, în timp ce traversează cosmosul.
Spațiul închis este în general sferic. Se converge pe măsură ce se extinde, astfel încât fascicule paralele de lumină s-ar întâlni în cele din urmă și se vor încrucișa, ca niște linii de longitudine pe Pământ.
Trebuie menționat că niciuna dintre acestea nu trebuie să se ocupe de faptul că universul în ansamblu se extinde. Expansiunea cosmică înseamnă că punctele din spațiu se răspândesc în timp. Forma universului se ocupă de forma spațiului. Un balon sferic se poate extinde pe măsură ce este umflat, la fel cum o foaie plată de cauciuc poate fi întinsă și rămâne plată. Deci universul nostru în expansiune ar putea fi plat, deschis sau închis.
Întrucât curbura spațiului este afectată de prezența masei, forma generală a universului depinde de densitatea medie a materiei din el. În relativitate generală această valoare este dată de parametrul densității, care este raportul dintre densitatea observată și „densitatea critică” necesară pentru ca universul să fie plat. Dacă parametrul densității este 1, universul este plat. Dacă este mai mare de 1, este închis și este deschis dacă parametrul densității este mai mic de 1. Măsurătorile densității cosmice au dat constant o valoare de 1. Spre limitele observației, universul este plat, așa cum am bănuit de mult timp .
Există însă un alt mod de a măsura forma cosmosului și aceea de a privi dimensiunea aparentă a obiectelor foarte îndepărtate. Totul revine la comportamentul fasciculelor de lumină paralele. Într-un univers plat, liniile paralele rămân paralele, astfel încât lumina care vine din două părți ale unei galaxii îndepărtate ajunge la noi în linie dreaptă. Unghiurile lor unele față de altele rămân aceleași și astfel galaxia apare ca adevărata dimensiune.
Dacă universul este deschis, liniile paralele se diverge cu distanța. Deci lumina din galaxia noastră îndepărtată devine mai paralelă pe măsură ce ajunge la noi. Aceasta înseamnă că galaxia ar părea mai mică decât este. Dacă universul este închis, apare îndoirea opusă a luminii și galaxia ar părea mai mare decât este.
Într-o nouă lucrare publicată în Natură, o echipă nu s-a uitat la galaxii, ci la fluctuațiile din fundalul cu microunde cosmice (CMB). CMB este lumina rămasă de la big bang și este cea mai îndepărtată lumină pe care o putem vedea în univers. Din această cauză, este lumina cea mai afectată de forma universului. Scara fluctuațiilor din CMB este determinată de cantitatea de materie întunecată și de energia întunecată din univers, pe care o știm, deci știm cât de mari ar trebui să apară fluctuațiile. Când echipa a analizat CMB Datele navei spațiale Plank au descoperit că fluctuațiile erau mai mari decât se așteptau. Aceasta înseamnă că, cu o certitudine de 99%, universul este închis, nu plat.
Această nouă cercetare contrazice numeroase studii anterioare care arată că universul este plat. Este posibil să existe o eroare sistematică în datele Planck care fac universul să pară curbat, dar dacă cercetarea este precisă indică un decalaj în înțelegerea noastră. Deocamdată, forma universului este neclară.
Sursă: Dovada Planck pentru un Univers închis și o posibilă criză pentru cosmologie, de Di Valentino, E., și colab.
