O Big Bang é frequentemente descrito como o nascimento explosivo do universo, um momento singular em que espaço, tempo e matéria surgiram. Entretanto, e se isso não fosse o começo de tudo? E se nosso universo tivesse emergido de algo mais familiar e radical ao mesmo tempo?

Um novo artigo publicado na revista Physical Review D, por mim e meus colegas, propõe uma alternativa intrigante. Nossas cálculos indicam que o Big Bang não foi o ponto inicial de tudo, mas sim o resultado de um colapso gravitacional que formou um buraco negro extremamente massivo, seguido por um rebote dentro dele.

Chamamos essa ideia de "universo buraco negro", que apresenta uma visão radicalmente diferente sobre as origens cósmicas, mas totalmente fundamentada em física e observações conhecidas.

O modelo cosmológico padrão atual, que se baseia no Big Bang e na inflação cósmica, foi bastante eficiente em explicar a estrutura e evolução do universo. Contudo, isso vem acompanhado de um custo: várias perguntas fundamentais permanecem sem resposta. Por exemplo, o modelo do Big Bang inicia-se com uma singularidade, um ponto de densidade infinita onde as leis da física falham, evidenciando que nossa compreensão sobre o início é limitada.

Os físicos introduziram uma fase breve de expansão rápida, chamada inflação cósmica, para explicar a estrutura em grande escala do universo. Posteriormente, para justificar a expansão acelerada observada nos dias de hoje, adicionaram outra componente "misteriosa": a energia escura.

Nossas novas análises abordam essas questões de uma maneira diferente, olhando para dentro em vez de para fora. Em vez de partir de um universo em expansão e tentar rastrear seu início, consideramos o que ocorre quando uma coleção excessivamente densa de matéria colapsa sob a gravidade.

Esse processo não é desconhecido: estrelas colapsam em buracos negros, que são objetos bem compreendidos na física. Contudo, o que ocorre dentro de um buraco negro, além do horizonte de eventos, continua sendo um mistério. Em 1965, o físico britânico Roger Penrose demonstrou que, sob condições gerais, o colapso gravitacional deve levar a uma singularidade. Essa conclusão, extendida por outros físicos, apóia a ideia de que singularidades, como a do Big Bang, são inevitáveis.

No entanto, nosso novo artigo revela que o colapso gravitacional não precisa necessariamente resultar em uma singularidade. Encontramos uma solução analítica exata – um resultado matemático sem aproximações. Nossos cálculos mostram que, à medida que nos aproximamos da singularidade potencial, o tamanho do universo muda como uma função hiperbólica do tempo cósmico.

Essa solução matemática simples descreve como uma nuvem de matéria em colapso pode alcançar um estado de alta densidade e, em seguida, reverter, expandindo-se em uma nova fase de crescimento. O que emerge desse rebote é um universo notavelmente semelhante ao nosso, e mais surpreendentemente, a recuperação produz naturalmente as duas fases separadas de expansão acelerada – inflação e energia escura – não impulsionadas por campos hipotéticos, mas pela física do próprio rebote.

Uma das forças desse modelo é que ele gera previsões testáveis. Ele indica uma pequena, mas não nula, quantidade de curvatura espacial positiva, o que significa que o universo não é exatamente plano, mas ligeiramente curvado, como a superfície da Terra. Futuras observações, como a missão Euclid, podem confirmar essa curvatura positiva, sugerindo que nosso universo realmente surgiu de tal rebote. Além disso, o modelo faz previsões sobre a taxa atual de expansão do universo, algo que já foi verificado.

Essa abordagem não apenas resolve problemas técnicos do modelo cosmológico padrão, mas também pode oferecer novas perspectivas sobre mistérios profundos relacionados à origem de buracos negros supermassivos e à natureza da matéria escura. Missões espaciais futuras, como Arrakhis, irão investigar características difusas, como halos estelares e galáxias satélites, que são difíceis de detectar com telescópios tradicionais e ajudarão a entender a evolução das galáxias.

O universo buraco negro também nos oferece uma nova visão sobre nosso lugar no cosmos. Nesse contexto, nosso universo observável reside no interior de um buraco negro formado em um universo "pai" maior. Não somos especiais, assim como a Terra não era no modelo geocêntrico que levou Galileu a ser colocado em prisão domiciliar.

Não estamos testemunhando o nascimento de tudo a partir do nada, mas sim a continuidade de um ciclo cósmico moldado pela gravidade, mecânica quântica e pela profunda interconexão entre ambos.