Caros Leitores;
A incoerente inconsistência entre diferentes medidas da constante de Hubble, que descreve a taxa de expansão do universo, poderá em breve ser melhor compreendida graças a uma nova técnica para analisar a fusão explosiva de duas estrelas de nêutrons.
Medições conflitantes da constante de Hubble surgem de dois métodos diferentes que foram usados para medir o parâmetro. Um deles envolve a observação de explosões estelares chamadas de supernovas tipo Ia e a outra envolve a adaptação de modelos cosmológicos à radiação de fundo de microondas cósmica (CMB).
O método supernova fornece uma constante de Hubble de 73,5 km / s / Mpc, onde um parsec (pc) é de 3,26 anos-luz. Isso significa que um ponto a um milhão de parsecs da Terra está se expandindo para longe da Terra a uma taxa de 73,5 km / s. Enquanto isso, a análise das observações da sonda Planck da Agência Espacial Européia do CMB sugere uma constante de Hubble de 67,4 km / s / Mpc. Embora existam incertezas em ambas as medições, a discordância entre os dois valores é estatisticamente significativa.
Nova física?
O conflito sugere que ou existe uma falha (ou falhas) na forma como uma ou ambas as medições são feitas e interpretadas; ou que algum tipo de nova física está em ação. De qualquer forma, resolver o mistério revelará informações novas e potencialmente úteis, e os físicos estão empenhados em desenvolver maneiras novas e independentes de calcular a constante de Hubble.
Um método promissor é estudar as ondas gravitacionais e a luz que são produzidas na fusão de duas estrelas de nêutrons. Isso envolve medir a força do sinal de onda gravitacional - que dá a distância para a fusão - e o desvio para o vermelho da luz, que dá a velocidade na qual o objeto fundido está se afastando da Terra. Tais medições são agora possíveis graças aos detectores de ondas gravitacionais LIGO e Virgo, que já viram uma fusão (chamada GW170817 ) e devem ver mais.
O principal desafio em usar esta técnica é que a força observada das ondas gravitacionais depende fortemente da orientação relativa da Terra ao plano orbital das estrelas de nêutrons antes de se fundirem. Se acontecer de estarmos olhando na direção perpendicular ao plano orbital, veremos o sinal mais forte. Caso contrário, a força do sinal será mais fraca. Portanto, o ângulo de inclinação entre a perpendicular e nossa direção de visão é necessário para calcular a distância até a fusão.
Muitas fusões necessárias
Uma maneira de determinar esse ângulo é medir a polarização das ondas gravitacionais. No início deste ano, Stephen Feeney, do Flatiron Institute de Nova York, Hiranya Peiris, da University College London, e colegas mostraram que uma determinação precisa da constante de Hubble poderia ser feita estudando aproximadamente 50 eventos de fusão de estrelas de nêutrons.
Agora, os astrônomos liderados por Kenta Hotokezaka, da Universidade de Princeton, desenvolveram uma nova maneira de medir o ângulo e o usaram para analisar dados do GW170817. Envolve o estudo do jato relativístico de partículas que explodem do buraco negro criado pela fusão. Este jato deve ser perpendicular ao plano orbital e pode ser estudado observando o forte sinal de rádio que ele emite.
Hotokezaka e seus colegas desenvolveram uma técnica para medir o ângulo de abertura do jato, que define como o jato se espalha quando se afasta do buraco negro (veja a figura). Uma vez que eles tinham o ângulo de abertura, eles podem calcular o ângulo de inclinação necessário para calcular a constante de Hubble.
Usando dados de GW170817 eles obtêm uma constante de Hubble de 70,3 km / s / Mpc. A incerteza no resultado é bastante grande, de modo que seu resultado se sobrepõe ao CMB e aos valores das supernovas - então, claramente, apenas uma observação de fusão não é suficiente para resolver o mistério. No entanto, o grupo de Hotokezaka estima que uma amostra de apenas 15 eventos de ondas gravitacionais para os quais o ângulo de abertura pode ser medido deve ser suficiente para fornecer um valor significativo da constante.
Meio termo
Um resultado provável é que as medidas de estrelas de nêutrons concordarão com o valor de CMB ou supernova. No entanto, Hotokezaka diz à Physics World,“achamos que ainda é possível que o valor real [da constante de Hubble] esteja em algum lugar entre os dois”. Se o valor da constante de Hubble, medido por ondas gravitacionais, permanecesse em torno de 70,3 km / s / Mpc, isso implicaria que ou há imprecisões nos métodos de supernovas e CMB, o que parece improvável, ou que nova física está envolvida.
O ganhador do prêmio Nobel, Adam Riess, da Universidade Johns Hopkins e do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, lidera um projeto chamado SH 0 ES que mede a constante de Hubble usando supernovas tipo Ia. Ele diz que a nova técnica é "promissora para obter um resultado de ondas gravitacionais mais cedo, devido ao menor erro por objeto".
De fato, pode levar apenas mais 5-10 anos para detectar eventos de ondas gravitacionais suficientes com reflexos finais observáveis, particularmente se o próximo detector de ondas gravitacionais japonês Kamioka e a LIGO Indiapuderem unir LIGO e Virgo .
Hotokezaka e seus colegas descrevem seu trabalho na Nature Astronomy .
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visita e volte sempre!
Hélio
R.M. Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de
conteúdos da 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. A partir de 2019, tornou-se membro da Sociedade Astronômica
Brasileira (SAB), como astrônomo amador.
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
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