O universo é infinito ou tem um fim? A resposta é mais 'estranha' do que parece

O Universo observável parece ser geometricamente plano, segundo medições feitas a partir da radiação cósmica de fundo. Mas entender o que isso significa para o tamanho e a forma de todo o cosmos é uma questão mais complexa.

As possibilidades para a forma e a extensão do Universo foram explicadas pelo astrofísico Paul Sutter, em artigo publicado no Universe Today. Segundo o cientista, o espaço pode continuar indefinidamente ou ser tão grande que uma eventual curvatura esteja além da região que conseguimos observar.

Há ainda modelos nos quais o Universo pode permanecer plano e, mesmo assim, apresentar uma estrutura fechada. A dificuldade está em uma limitação fundamental: só conseguimos obter informações de uma parte do cosmos. Além desse horizonte observável, resta trabalhar com inferências e possibilidades.

Como o Universo pode ser finito sem ter uma borda?

A Terra oferece uma forma simples de compreender essa possibilidade. A superfície do planeta possui uma área finita, mas uma pessoa poderia viajar continuamente por ela sem encontrar uma borda onde o chão simplesmente terminasse.

Isso acontece porque a superfície terrestre se curva sobre si mesma. Algo semelhante poderia ocorrer com o Universo. Nesse cenário, o espaço teria tamanho finito, mas não necessariamente apresentaria uma fronteira física.

A geometria também permite detectar curvaturas sem observar um objeto "por fora". Em uma superfície perfeitamente plana, por exemplo, os três ângulos internos de um triângulo somam 180 graus. Em uma superfície curva, como a Terra, essa soma pode ser diferente. Os astrônomos utilizam princípios semelhantes para investigar a geometria do cosmos.

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Luz do Universo primitivo ajuda a medir sua geometria

Uma das principais ferramentas utilizadas para investigar a geometria do espaço é a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB). Essa radiação é um vestígio do Universo primordial. Ela foi liberada quando o cosmos esfriou o suficiente para que a luz pudesse viajar livremente.

A CMB apresenta pequenas variações de temperatura distribuídas pelo céu. Os cientistas conseguem prever qual deveria ser o tamanho aparente desses padrões sob diferentes geometrias do Universo.

Se o espaço apresentasse uma curvatura acentuada, a trajetória percorrida pela luz durante bilhões de anos seria alterada. Isso modificaria a aparência desses padrões quando observados da Terra.

As características medidas aparecem essencialmente na escala esperada para um espaço geometricamente plano. É daí que vem a afirmação de que o Universo parece ser plano.

Universo plano não significa Universo infinito

Segundo Sutter, uma das limitações está no fato de que as medições abrangem apenas o Universo observável. O astrofísico compara essa situação à tentativa de medir a curvatura da Terra a partir de uma região muito pequena. Nessa escala, o solo pareceria plano, embora faça parte da superfície curva do planeta.

Para o cientista, algo semelhante pode ocorrer com o cosmos. Mesmo com dezenas de bilhões de anos-luz de extensão, a região que conseguimos observar pode representar apenas uma parcela de um Universo muito maior.

Nesse cenário, uma eventual curvatura do espaço só se tornaria perceptível em escalas maiores do que aquelas acessíveis às observações atuais.

Sutter explica que, em uma das possibilidades teóricas, o espaço poderia se curvar sobre si mesmo. Nesse caso, seguir continuamente na mesma direção poderia levar de volta ao ponto de partida, de maneira semelhante a uma viagem ao redor da Terra.

Essa possibilidade, porém, não poderia ser testada por meio de uma viagem desse tipo. Segundo o astrofísico, a expansão do Universo mantém regiões além do horizonte cósmico fora do nosso alcance.

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Universo pode ser plano e finito ao mesmo tempo

Existe outra possibilidade ainda mais incomum: um espaço pode ser geometricamente plano e, ao mesmo tempo, finito. Para entender essa ideia, é preciso separar dois conceitos: geometria e topologia.

A geometria descreve propriedades como a curvatura do espaço. Já a topologia trata da maneira geral como esse espaço está conectado.  Assim, medir apenas a curvatura não revela necessariamente toda a estrutura do espaço.

Segundo o Sutter, matemáticos identificaram 17 topologias tridimensionais distintas capazes de permanecer geometricamente planas. Isso abre a possibilidade teórica de um Universo cuja geometria seja plana, mas no qual determinadas direções se conectem novamente.

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Cientistas procuram sinais sobre a forma do Universo

Astrônomos têm buscado evidências de que o Universo possa apresentar uma topologia fechada. Uma das estratégias consiste em procurar padrões repetidos na radiação cósmica de fundo.

Outra possibilidade seria encontrar uma mesma galáxia aparentemente em diferentes regiões do céu. Isso poderia acontecer se sua luz percorresse caminhos distintos através de um espaço conectado sobre si mesmo. Até agora, porém, não foram encontradas evidências convincentes desses padrões.

Com base no que pode ser observado atualmente, o Universo parece geometricamente plano e não apresenta sinais detectados de que suas dimensões se sobreponham em um ciclo. Isso, porém, não permite descartar completamente essa possibilidade.

Caso a escala de uma eventual estrutura em forma de laço seja maior que o próprio Universo observável, seus sinais podem permanecer fora do nosso alcance. Assim, as observações atuais não permitem estabelecer com certeza se todo o Universo é infinito, finito, curvo ou conectado de alguma maneira além da região que conseguimos observar.