Sabemos há quase um século sobre a expansão do universo. Os astrônomos notaram que a luz de galáxias distantes tem um comprimento de onda menor do que as galáxias próximas. As ondas de luz parecem alongadas ou desviadas para o vermelho, o que significa que essas galáxias distantes estão se afastando.
Essa taxa de expansão, chamada de constante de Hubble, pode ser medida. Certas supernovas, ou estrelas em explosão, têm um brilho bem conhecido; isso torna possível estimar sua distância da Terra e relacionar essa distância com seu redshift ou velocidade. Para cada megaparsec de distância (um parsec tem 3,3 anos-luz), a velocidade com que as galáxias se afastam de nós aumenta em 73 quilômetros por segundo.
Einstein
No entanto, medições cada vez mais precisas da radiação cósmica de fundo, um remanescente de luz no universo primordial, rendeu uma constante de Hubble diferente: cerca de 67 quilômetros por segundo.
Como pode ser? Por que a diferença? Essa diferença poderia nos dizer algo novo sobre o Universo e a física? "É por isso", diz o físico de Leiden David Harvey, "por que uma terceira medição, independente das outras duas, apareceu: lentes gravitacionais".
A teoria da relatividade geral de Albert Einstein prevê que uma concentração de massa, como uma galáxia, pode dobrar o caminho da luz, da mesma forma que uma lente. Quando uma galáxia está na frente de uma fonte de luz brilhante, a luz é curvada em torno dela e pode chegar à Terra por diferentes rotas, fornecendo duas, e às vezes até quatro, imagens da mesma fonte.
Em 1964, o astrofísico norueguês Sjur Refsdal teve um momento "a-ha": quando a galáxia da lente está um pouco fora do centro, uma rota é mais longa que a outra. Isso significa que a luz demora mais nesse caminho. Portanto, quando houver variação do brilho do quasar, esse blip ficará visível em uma imagem antes da outra. A diferença pode ser de dias, ou mesmo semanas ou meses.
Essa diferença de tempo, mostrou Refsdal, também pode ser usada para definir distâncias até o quasar e a lente. Compará-los com o desvio para o vermelho dos quasares dá a você uma medição independente da constante de Hubble.
Uma colaboração de pesquisa no âmbito do projeto HoliCOW usou seis dessas lentes para reduzir a constante de Hubble para cerca de 73. No entanto, há complicações: além da diferença de distância, a massa da galáxia em primeiro plano também exerce um efeito de retardo, dependendo do exato distribuição em massa. “Você tem que modelar essa distribuição, mas muitas incógnitas permanecem”, diz Harvey. Incertezas como essa limitam a precisão dessa técnica.
Imaginando todo o céu
Isso pode mudar quando um novo telescópio avistar a primeira luz no Chile em 2021. O Observatório Vera Rubin é dedicado a fazer imagens de todo o céu a cada poucas noites, e espera-se que faça imagens de milhares de quasares duplos, oferecendo uma chance de reduzir a constante de Hubble até mais longe.
Harvey diz: "O problema é que modelar todas as galáxias em primeiro plano individualmente é impossível computacionalmente." Então, em vez disso, Harvey projetou um método para calcular o efeito médio de uma distribuição completa de até 1.000 lentes.
“Nesse caso, peculiaridades individuais das lentes gravitacionais não são tão importantes, e você não precisa fazer simulações para todas as lentes. Você só precisa ter certeza de modelar toda a população”, diz Harvey.
"No artigo, mostro que, com essa abordagem, o erro nos limites constantes de Hubble é de 2% quando você se aproxima de milhares de quasares".
Esta margem de erro permitirá uma comparação significativa entre os vários candidatos a constantes de Hubble e pode ajudar a compreender a discrepância. "E se você quiser ficar abaixo de 2%, terá que melhorar seu modelo fazendo simulações melhores. Meu palpite é que isso seria possível".
https://phys.org/news/2020-11-gravitational-lenses-universe-expansion.html
HélioR.M.Cabral (Economista, Escritor e Divulgador de conteúdos da Astronomia, Astrofísica, Astrobiologia e Climatologia).Participou do curso de Astrofísica, concluído em 2020, pela Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC).
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