Novas Fronteiras na Cosmologia: Energia Quântica em Limites Tipo Tempo e o Modelo Além do ΛCDM

Um artigo recente publicado no arquivo de pré-publicações arXiv investiga as implicações cosmológicas de uma população de "limites tipo tempo", uma forma de topologia de espaço-tempo não trivial, que contêm uma camada limite de energia de tensão-energia quântica. Este fenômeno, que envolve o acúmulo de flutuações de vácuo de campos quânticos, pode ser consistentemente negativo e sensível ao ultravioleta, apresentando uma nova fonte de densidade de energia cósmica com potencial para competir com a matéria e a energia escura.

Os autores, Oliver H. E. Philcox, Eva Silverstein e Gonzalo Torroba, analisam como este efeito contribui com um termo qualitativamente novo para a equação de Friedmann, que dita a história da expansão do universo. Para condições de contorno que permitem um tamanho de limite comóvel fixo, este termo escala com −1/a, onde 'a' é o fator de escala. Notavelmente, esse efeito tende a dominar em tempos relativamente tardios da evolução do universo (em torno de a ≈ 1/2), ao mesmo tempo que preserva a física do universo primordial bem estabelecida, como a nucleossíntese do Big Bang e a recombinação. O estudo sugere que, para uma ampla gama de parâmetros, os limites podem ser maiores que o comprimento de Planck ao longo de sua história, retrocedendo até o início da inflação em qualquer escala viável.

Os pesquisadores testaram este novo parâmetro além do modelo ΛCDM utilizando dados de conjuntos de dados cosmológicos, incluindo medições da Radiação Cósmica de Fundo (CMB) por Planck e ACT, e dados de Oscilações Acústicas Bariônicas (BAO) por DESI. A análise indicou uma leve preferência por este componente (aproximadamente 2σ) e demonstrou um relaxamento de tensões existentes nos dados atuais, incluindo a massa do neutrino, de uma maneira fisicamente motivada.

O artigo detalha a física clássica e quântica dos limites tipo tempo, abordando várias sutilezas teóricas. Explora se a energia quântica pode contribuir de forma detectável para a evolução cósmica e analisa as escalas envolvidas para garantir que o cenário seja controlável e com amplitude suficiente. Além disso, discute como este componente de limites não interfere com as flutuações de curvatura primordial, BBN e recombinação, definindo uma janela de parâmetros consistente. A análise da distribuição de probabilidade para este parâmetro em conjunto com os parâmetros cosmológicos existentes demonstra sua potencial viabilidade para aliviar as tensões atuais observadas nos dados do DESI.

Este novo parâmetro se encaixa em um espaço maior de parâmetros físicos além do ΛCDM, que podem desempenhar papéis semelhantes, como a curvatura espacial negativa, que também pode ser motivada por considerações topológicas e dinâmicas caóticas. O estudo conclui com uma discussão sobre perspectivas fenomenológicas adicionais para testar a existência dessa forma de topologia no universo.

Fonte: https://arxiv.org/pdf/2507.00115