Campos magnéticos primordiais podem explicar divergência em medições da expansão do Universo

Uma equipe internacional de pesquisadores encontrou novos indícios de que campos magnéticos formados no Universo primordial podem estar relacionados a uma das principais discrepâncias da cosmologia atual: a chamada tensão de Hubble.

O estudo, assinado por Karsten Jedamzik, Levon Pogosian e Tom Abel e publicado na Nature Astronomy, mostra que campos magnéticos extremamente fracos poderiam ter acelerado a recombinação — período em que elétrons e prótons passaram a formar átomos de hidrogênio. Essa mudança teria deixado marcas na radiação cósmica de fundo, usada pelos cientistas para estimar a taxa de expansão do Universo.

Duas medições, dois resultados

A tensão de Hubble surgiu da diferença entre métodos independentes empregados para determinar a constante de Hubble, conhecida como H₀.

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A análise da radiação cósmica de fundo dentro do modelo cosmológico padrão, baseada nos dados do satélite Planck, aponta para cerca de 67,4 km/s/Mpc. Já medições do Universo relativamente próximo realizadas pela colaboração SH0ES encontram um valor próximo de 73 km/s/Mpc.

A diferença não é explicada simplesmente por uma margem de erro comum. Por isso, pesquisadores investigam se algum fenômeno físico ainda não incorporado adequadamente ao modelo cosmológico poderia estar por trás da discrepância.

O papel do magnetismo no Universo jovem

A hipótese analisada pelos pesquisadores parte de uma característica dos campos magnéticos primordiais: eles poderiam ter provocado pequenas irregularidades na distribuição da matéria durante a formação das primeiras estruturas.

Essas alterações teriam aumentado a concentração de partículas em determinadas regiões do plasma primordial. Com elétrons e prótons mais próximos, a formação do hidrogênio poderia ter ocorrido de maneira mais rápida durante a recombinação.

Esse detalhe é relevante porque a recombinação determina características da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o registro da luz liberada quando o Universo se tornou transparente.

Se o processo ocorreu de maneira diferente daquela prevista pelo modelo cosmológico padrão, a interpretação dos padrões observados nessa radiação também pode mudar. Consequentemente, a estimativa da constante de Hubble obtida a partir desses dados seria afetada.

Simulações reproduzem efeitos do magnetismo

Para investigar a hipótese, os cientistas utilizaram simulações magnetohidrodinâmicas tridimensionais e incorporaram os resultados aos cálculos utilizados para modelar a radiação cósmica de fundo.

A equipe comparou então diferentes combinações de observações, incluindo dados do Planck, do DESI e de supernovas do tipo Ia. Os resultados apresentaram preferência por campos magnéticos primordiais com intensidade atual estimada em aproximadamente 5 a 10 pico-Gauss.

A força do sinal, entretanto, depende do conjunto de dados analisado. Com Planck e DESI, a preferência foi de aproximadamente 1,8 desvio-padrão. Quando os dados são combinados com supernovas calibradas pelo SH0ES, a significância chega a cerca de 3σ.

Isso representa uma evidência interessante, mas ainda não equivale a uma confirmação definitiva da existência desses campos.

Hipótese também pode ajudar a explicar o magnetismo cósmico

O interesse pelo resultado não se limita à tensão de Hubble. Campos magnéticos estão presentes em galáxias, aglomerados e outras estruturas do Universo, mas sua origem continua sendo investigada.

A intensidade encontrada nas simulações é próxima daquela necessária, segundo os autores, para que os campos magnéticos de aglomerados de galáxias possam ter origem primordial, sem depender exclusivamente de processos posteriores de amplificação.

Isso cria uma possível conexão entre dois problemas da cosmologia: a discrepância nas medições da expansão do Universo e a origem dos campos magnéticos observados em grandes estruturas cósmicas.

Próximos dados serão decisivos

O estudo não afirma que a tensão de Hubble tenha sido solucionada. Os resultados mostram que a hipótese do magnetismo primordial é compatível com os dados e pode reduzir a discrepância, mas ainda existe incerteza estatística.

Os próprios pesquisadores apontam que futuras observações de alta precisão da temperatura e da polarização da radiação cósmica de fundo serão importantes para confirmar ou restringir a existência desses campos.

Se novas observações reproduzirem o sinal previsto pelas simulações, os campos magnéticos primordiais poderão se tornar uma peça importante para explicar como o Universo evoluiu desde seus primeiros estágios e por que diferentes métodos ainda produzem valores distintos para sua taxa de expansão.