Galáxias ativas apontam para nova física da Expansão Cósmica

Caros Leitores,

Investigando a história do nosso Cosmos com uma grande amostra de Galáxias distantes "ativas" observadas pelo XMM-Newton da ESA, uma equipe de astrônomos descobriu que poderia haver mais na expansão inicial do Universo do que o previsto pelo “modelo padrão de cosmologia”.

Galáxias ativas para medir a expansão cósmica. Crédito: ESA (impressão e composição do artista); NASA / ESA / Hubble (galáxias de fundo); CC BY-SA 3.0 IGO

De acordo com o cenário principal, nosso Universo contém apenas alguns por cento da matéria comum. Um quarto do Cosmos é feito da matéria escura indescritível, que podemos sentir gravitacionalmente, mas não observar e, o resto consiste na ainda mais misteriosa energia escura que está impulsionando a atual aceleração da expansão do Universo.

Este modelo é baseado em uma infinidade de dados coletados ao longo das últimas décadas, a partir do fundo cósmico de microondas, ou CMB - a primeira luz na história do Cosmos, lançado apenas 380 mil anos após o Big Bang e observado em detalhes sem precedentes. pela missão Planck da ESA - para observações mais "locais". Os últimos incluem explosões de supernovas, aglomerados de Galáxias e a distorção gravitacional impressa pela matéria escura em Galáxias distantes, e podem ser usados ​​para rastrear a Expansão Cósmica em épocas recentes da história Cósmica - nos últimos nove bilhões de anos.

Um novo estudo, liderado por Guido Risaliti, da Università di Firenze, na Itália, e Elisabeta Lusso, da Universidade de Durham, Reino Unido, aponta para outro tipo de tracer quasars cósmicos que preencheria parte da lacuna entre essas observações, medindo a expansão do Universo até 12 bilhões de anos atrás.

Quasares são os núcleos de Galáxias onde um buraco negro supermassivo ativo está puxando a matéria de seus arredores a velocidades muito intensas, brilhando através do espectro eletromagnético. Quando o material cai no buraco negro, forma um disco em espiral que irradia na luz visível e ultravioleta; esta luz, por sua vez, aquece os elétrons próximos, gerando raios X.

Vista do artista de um buraco negro no centro de um quasar. Crédito: ESA – C. Carreau.

Três anos atrás, Guido e Elisabeta perceberam que uma relação bem conhecida entre o brilho dos quasares ultravioleta e raio X poderia ser usada para estimar a distância até essas fontes - algo que é notoriamente complicado em astronomia - e, em última análise, para sondar o história de expansão do Universo.

Fontes astronômicas, cujas propriedades nos permitem medir suas distâncias, são chamadas de "velas padrão". A classe mais notável, conhecida como supernova 'tipo-Ia', consiste na morte espetacular de estrelas anãs brancas depois de terem preenchido em excesso o material de uma estrela companheira, gerando explosões de brilho previsível que permitem aos astrônomos identificar a distância. Observações dessas supernovas no final dos anos 90 revelaram a expansão acelerada do Universo nos últimos bilhões de anos.

"Usar os quasares como velas padrão tem um grande potencial, já que podemos observá-los a distâncias muito maiores de nós do que as supernovas do tipo Ia, e usá-los para investigar épocas anteriores da história do Cosmos", explica Elisabeta.

Com uma amostra considerável de quasares à mão, os astrônomos já colocaram seu método em prática, e os resultados são intrigantes.

Vasculhando o arquivo da XMM-Newton , eles coletaram dados de raios X para mais de 7000 quasares, combinando-os com observações ultravioletas do Sloan Digital Sky Survey. Eles também usaram um novo conjunto de dados, especialmente obtido com o XMM-Newton em 2017, para observar quasares muito distantes, observando-os como eram quando o Universo tinha apenas dois bilhões de anos. Finalmente, eles complementaram os dados com um pequeno número de quasares ainda mais distantes e alguns relativamente próximos, observados nos observatórios Chandra e Swift de raios X da NASA, respectivamente.

Investigando a expansão do Universo combinando supernovas e quasares tipo Ia. Crédito: Cortesia de Elisabeta Lusso & Guido Risaliti

"Uma amostra tão grande nos permitiu examinar minuciosamente a relação entre raios X e emissão ultravioleta de quasares, o que refinou muito nossa técnica para estimar sua distância", diz Guido.

As novas observações XMM-Newton de quasares distantes são tão boas que a equipe até identificou dois grupos diferentes: 70% das fontes brilham intensamente em raios X de baixa energia, enquanto os 30% restantes emitem quantidades menores de raios X. caracterizado por energias mais altas. Para a análise posterior, eles apenas mantiveram o grupo anterior de fontes, no qual a relação entre as emissões de raios X e ultravioleta parece mais clara.

"É notável que possamos discernir esse nível de detalhe em fontes tão distantes de nós que a sua luz tem viajado por mais de dez bilhões de anos antes de chegar até nós", diz Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA.

Depois de percorrer os dados e trazer a amostra para cerca de 1600 quasares, os astrônomos ficaram com as melhores observações, levando a estimativas robustas da distância até essas fontes que poderiam ser usadas para investigar a expansão do Universo.

"Quando combinamos a amostra de quasares, que abrange quase 12 bilhões de anos de história cósmica, com a amostra mais local de supernovas do tipo Ia, cobrindo apenas os últimos oito bilhões de anos, encontramos resultados semelhantes nas épocas sobrepostas", diz Elisabeta.

"No entanto, nas fases anteriores, que só podemos sondar com quasares, encontramos uma discrepância entre a evolução observada do Universo e o que poderíamos prever com base no modelo cosmológico padrão”.

Examinando esse período anteriormente pouco explorado da história Cósmica com a ajuda de quasares, os astrônomos revelaram uma possível tensão no modelo padrão de cosmologia, que poderia exigir a adição de parâmetros extras para reconciliar os dados com a teoria.

"Uma das possíveis soluções seria invocar uma energia escura em evolução, com uma densidade que aumenta com o passar do tempo", diz Guido.

Incidentalmente, esse modelo em particular também aliviaria outra tensão que manteve os cosmologistas ocupados ultimamente, com relação à constante de Hubble - a taxa atual de expansão cósmica. Esta discrepância foi encontrada entre estimativas da constante de Hubble no Universo local, baseadas em dados de supernovas - e, independentemente, em aglomerados de Galáxias - e aqueles baseados nas observações de Planck do fundo de microondas cósmica no Universo primordial.

"Este modelo é bastante interessante porque pode resolver dois enigmas de uma só vez, mas o júri definitivamente ainda não saiu e teremos que olhar muitos outros modelos em grande detalhe antes de podermos resolver este enigma Cósmico", acrescenta Guido.

A equipe está ansiosa para observar ainda mais quasares no futuro para refinar ainda mais seus resultados. Outras pistas também virão da missão Euclid da ESA, programada para um lançamento em 2022, para explorar os últimos dez bilhões de anos de Expansão Cósmica e investigar a natureza da energia escura.

"Estes são tempos interessantes para investigar a história do nosso Universo, e é emocionante que a XMM-Newton possa contribuir ao olhar para uma época Cósmica que havia permanecido praticamente inexplorada até agora", conclui Norbert.

Fonte: Fonte: Agência Espacial Europeia (ESA, no temo em inglês) / 28/01/2019

http://sci.esa.int/xmm-newton/61068-active-galaxies-point-to-new-physics-of-cosmic-expansion/

Obrigado pela sua visita e volte sempre!

HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Pesquisador Independente na Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).

Membro da Society for Science and the Public (SSP) e assinante de conteúdos científicos da NASA (National Aeronautics and Space Administration) e ESA (European Space Agency).

Participa do projeto S`Cool Ground Observation (Observações de Nuvens) que é integrado ao Projeto CERES (Clouds and Earth´s Radiant Energy System) administrado pela NASA.

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.

e-mail: heliocabral@coseno.com.br

Page: http://pesqciencias.blogspot.com.br

Page: http://livroseducacionais.blogspot.com.br