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Astrônomos usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA dizem que eles cruzaram um limiar importante ao revelar uma discrepância entre as duas principais técnicas para medir a taxa de expansão do Universo. O estudo recente reforça o argumento de que novas teorias podem ser necessárias para explicar as forças que moldaram o Cosmos.
Uma breve recapitulação: o Universo está ficando maior a cada segundo. O espaço entre as galáxias está se alongando, como massa crescendo no forno. Mas quão rápido o Universo está se expandindo? Como o Hubble e outros telescópios procuram responder a essa pergunta, eles se deparam com uma intrigante diferença entre o que os cientistas predizem e o que eles observam.
As medições do Hubble sugerem uma taxa de expansão mais rápida no Universo moderno do que o esperado, com base em como o Universo surgiu há mais de 13 bilhões de anos. Essas medições do universo primordial vêm do satélite Planck da Agência Espacial Europeia. Essa discrepância foi identificada em artigos científicos nos últimos anos, mas não está claro se as diferenças nas técnicas de medição são as culpadas, ou se a diferença pode resultar de medições sem sorte.
Os últimos dados do Hubble diminuem a possibilidade de que a discrepância seja apenas de 1 em 100.000. Este é um ganho significativo de uma estimativa anterior, menos de um ano atrás, de uma chance de 1 em 3.000.
Essas medições mais precisas do Hubble até agora reforçam a ideia de que a nova física pode ser necessária para explicar a incompatibilidade.
A tensão de Hubble entre o início e o fim do Universo pode ser o desenvolvimento mais excitante da Cosmologia em décadas", disse o pesquisador e ganhador do Nobel Adam Riess, do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial (STScI) e da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, Maryland (EUA). "Esse descompasso tem crescido e agora chegou a um ponto que é realmente impossível descartar como uma casualidade. Essa disparidade não poderia acontecer plausivelmente apenas por acaso".
Apertar os parafusos na "escada de distância cósmica"
Os cientistas usam uma "escada de distância cósmica" para determinar o quão longe as coisas estão no Universo. Esse método depende de fazer medições precisas das distâncias de galáxias próximas e, em seguida, mover-se para galáxias cada vez mais distantes, usando suas estrelas como marcadores de milepost. Os astrônomos usam esses valores, juntamente com outras medidas da luz das galáxias, que se tornam vermelhas ao passar por um Universo que se estende, para calcular a rapidez com que o Cosmos se expande com o tempo, um valor conhecido como constante de Hubble. Riess e sua equipe SH0ES (Supernovae H0 para a Equação do Estado) estão em uma missão desde 2005 para refinar essas medições de distância com o Hubble e ajustar a constante de Hubble.
Neste novo estudo, os astrônomos usaram o Hubble para observar 70 estrelas pulsantes chamadas variáveis cefeidas na Grande Nuvem de Magalhães. As observações ajudaram os astrônomos a "reconstruírem" a escada de distância, melhorando a comparação entre as cefeidas e seus primos mais distantes nos hospedeiros galácticos de supernovas. A equipe de Riess reduziu a incerteza em seu valor constante de Hubble para 1,9% de uma estimativa anterior de 2,2%.
Esta é uma visão do telescópio terrestre da Grande Nuvem de Magalhães,
uma galáxia satélite da nossa Via Láctea. A imagem inserida, tirada pelo
Telescópio Espacial Hubble, revela um dos muitos aglomerados estelares
espalhados pela galáxia anã. Os membros do cluster incluem uma classe
especial de estrela pulsante chamada de variável Cefeida, que ilumina e
escurece a uma taxa previsível que corresponde ao seu brilho
intrínseco. Uma vez que os astrônomos determinam esse valor, eles podem
medir a luz dessas estrelas para calcular uma distância precisa da
galáxia. Quando as novas observações do Hubble são correlacionadas com uma
técnica independente de medição de distância para a Grande Nuvem de Magalhães
(usando trigonometria direta), os pesquisadores foram capazes de fortalecer a
fundação da chamada "escada da distância cósmica". Este
"ajuste fino"
Créditos: NASA,
ESA, Riess (STScI / JHU) e Palomar Digitized Sky Survey
Como as medições da equipe se tornaram mais precisas, seu cálculo
da constante de Hubble permaneceu em desacordo com o valor esperado derivado
das observações da expansão do início do Universo. Essas medições foram
feitas pelo Planck, que mapeia o fundo cósmico de micro-ondas, um resquício de
relíquia de 380.000 anos após o Big Bang.
As medições foram cuidadosamente examinadas, de modo que os
astrônomos não podem atualmente ignorar a lacuna entre os dois resultados como
devido a um erro em qualquer medida ou método. Ambos os valores foram
testados de várias maneiras.
"Não são apenas dois experimentos discordando", explicou
Riess. "Estamos medindo algo fundamentalmente diferente. Um é uma
medida de quão rápido o Universo está expandindo hoje, como o vemos. O outro é
uma previsão baseada na física do Universo primitivo e em medições de quão
rápido ele deveria estar se expandindo. Se esses valores não estiverem de
acordo, haverá uma forte probabilidade de que estamos perdendo alguma coisa no
modelo cosmológico que conecta as duas eras.".
Como o novo
estudo foi feito
Os astrônomos têm usado as variáveis Cefeidas como parâmetros
cósmicos para medir as distâncias intergalácticas próximas por mais de um
século. Mas tentar coletar um monte dessas estrelas consumia tanto tempo
que era quase inatingível. Assim, a equipe empregou um novo método inteligente,
chamado DASH (Drift And Shift), usando o Hubble como uma câmera "aponte e
dispare" para capturar imagens rápidas das estrelas pulsantes extremamente
brilhantes, o que elimina a necessidade demorada de precisão. apontando.
Esta ilustração mostra os três passos básicos que os astrônomos
usam para calcular a rapidez com que o Universo se expande ao longo do tempo,
um valor chamado de constante de Hubble. Todas as etapas envolvem a
construção de uma forte "escada de distância cósmica", começando
medindo distâncias precisas até galáxias próximas e, em seguida, movendo-se
para galáxias cada vez mais distantes. Essa "escada" é uma série
de medições de diferentes tipos de objetos astronômicos com um brilho
intrínseco que os pesquisadores podem usar para calcular distâncias. Entre
as mais confiáveis para distâncias mais curtas estão as variáveis Cefeidas,
estrelas que pulsam em taxas previsíveis que indicam seu brilho intrínseco. Os
astrônomos recentemente usaram o Telescópio Espacial Hubble para observar 70
variáveis Cefeidas na Grande Nuvem de Magalhães próxima para fazer a medição
de distância mais precisa para aquela galáxia. Os astrônomos comparam as
medições das Cefeidas próximas àquelas das galáxias mais distantes que também
incluem outras réguas cósmicas, estrelas explosivas chamadas supernovas Tipo
Ia. Essas supernovas são muito mais brilhantes que as variáveis
cefeidas. Os astrônomos as usam como "marcadores de milepost"
para medir a distância da Terra até as galáxias distantes. Cada um desses
marcadores se baseia no passo anterior da "escada". Ao estender
a escada usando diferentes tipos de marcadores de milhagem confiáveis, os
astrônomos podem alcançar distâncias muito grandes no Universo. Os
astrônomos comparam esses valores de distância a medidas da luz de uma galáxia
inteira, que se torna cada vez mais avermelhada com a distância, devido à
expansão uniforme do Espaço. Os astrônomos podem calcular o quão rápido o Cosmos
está se expandindo: a constante de Hubble.
Créditos: NASA, ESA e A. Feild (STScI)
"Quando o Hubble usa
apontamentos precisos bloqueando estrelas-guia, ele pode observar apenas uma
Cefeida por cada órbita de Hubble de 90 minutos ao redor da Terra. Assim, seria
muito caro para o telescópio observar cada Cefeida", explicou o membro da
equipe Stefano Casertano, também do STScI e Johns Hopkins. "Em vez
disso, procuramos por grupos de cefeidas perto o suficiente um do outro que
pudessem se mover entre eles sem recalibrar o telescópio apontando. Essas
cefeidas são tão brilhantes que só precisamos observá-las por dois segundos.
Essa técnica nos permite observar uma dúzia de cefeidas para a duração de uma
órbita. Portanto, ficamos no controle do giroscópio e mantemos o 'DASHing'
muito rápido ”.
Os astrônomos do Hubble
então combinaram seu resultado com outro conjunto de observações, feito pelo
Projeto Araucária, uma colaboração entre astrônomos de instituições no Chile,
nos EUA e na Europa. Este grupo fez medições de distância para a Grande
Nuvem de Magalhães, observando o escurecimento da luz quando uma estrela passa
na frente de seu parceiro, eclipsando os sistemas de estrelas binárias.
As medições combinadas
ajudaram a Equipe SH0ES a refinar o verdadeiro brilho das Cefeidas. Com
esse resultado mais preciso, a equipe poderia "apertar os parafusos"
do resto da escada de distância que se estende mais para o Espaço.
A nova estimativa da
constante de Hubble é de 74 quilômetros por segundo por megaparsec. Isso
significa que a cada 3,3 milhões de anos-luz de distância mais longe uma
galáxia é de nós, parece estar se movendo 74 quilômetros por segundo mais
rápido, como resultado da expansão do Universo. O número indica que o Universo
está se expandindo a uma taxa 9% mais rápida do que a previsão de 67
quilômetros por segundo por megaparsec, que vem das observações de Planck sobre
o Universo primordial, juntamente com nossa compreensão atual do Universo.
Então, o que poderia explicar
essa discrepância?
Uma explicação para o
descompasso envolve uma aparência inesperada de energia escura no Universo
jovem, que agora é composto por 70% do conteúdo do Universo. Proposto por
astrônomos da Johns Hopkins, a teoria é apelidada de "energia escura
primitiva" e sugere que o Universo evoluiu como uma peça de três atos.
Os astrônomos já
levantaram a hipótese de que a energia escura existiu durante os primeiros
segundos após o Big Bang e empurrou a matéria pelo Espaço, iniciando a expansão
inicial. A energia escura também pode ser a razão para a expansão
acelerada do Universo hoje. A nova teoria sugere que houve um terceiro
episódio de energia escura não muito depois do Big Bang, que expandiu o Universo
mais rápido do que os astrônomos previram. A existência dessa "energia
escura primitiva" poderia explicar a tensão entre os dois valores
constantes de Hubble, disse Riess.
Outra ideia é que o Universo
contém uma nova partícula subatômica que viaja perto da velocidade da luz. Tais
partículas velozes são coletivamente chamadas de "radiação escura" e
incluem partículas previamente conhecidas como neutrinos, que são criadas em
reações nucleares e decaimentos radioativos.
Outra possibilidade
atraente é que a matéria escura (uma forma invisível de matéria não composta de
prótons, nêutrons e elétrons) interage mais fortemente com matéria normal ou
radiação do que se supunha anteriormente.
Mas a verdadeira
explicação ainda é um mistério.
Riess não tem uma resposta
para esse problema, mas sua equipe continuará a usar o Hubble para reduzir as
incertezas na constante de Hubble. Seu objetivo é diminuir a incerteza
para 1%, o que deve ajudar os astrônomos a identificar a causa da discrepância.
Os resultados da equipe
foram aceitos para publicação no The Astrophysical Journal .
O Telescópio Espacial
Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA (Agência
Espacial Europeia). O Centro de Voos Espaciais Goddard, da NASA, em
Greenbelt, Maryland, administra o telescópio. O Instituto de Ciência do
Telescópio Espacial (STScI) em Baltimore, Maryland, conduz operações
científicas do Hubble. O STScI é operado pela NASA pela Associação de
Universidades de Pesquisa em Astronomia, em Washington, DC
Instituto de Ciência
do Telescópio Espacial Donna Weaver / Ray Villard , Baltimore, Md.
410-338-4493 / 410-338-4514
Instituto de Ciência
do Telescópio Espacial Adam Riess , Baltimore, Md.
E Universidade Johns Hopkins, Baltimore, Md.
410-338-6707
ariess@stsci.edu
ariess@stsci.edu
Claire Andreoli
Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, Greenbelt, Md.
301-286-1940
claire.andreoli@nasa.gov
claire.andreoli@nasa.gov
Editor: Rob
Garner
Fonte:
NASA / 25-04-2019
https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/mystery-of-the-universe-s-expansion-rate-widens-with-new-hubble-data
Obrigado pela sua visita e volte sempre!
HélioR.M.Cabral (Economista,
Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e
Climatologia).
Participa também do projeto The Globe Program / NASA
Globe Cloud, um Programa de Ciência e Educação Worldwide, que também tem o
objetivo de monitorar o Clima em toda a Terra. Este projeto é patrocinado pela
NASA e National Science Fundation (NSF), e apoiado pela National Oceanic and
Atmospheric Administration (NOAA) e U.S Department of State.
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