Quão rápido o Universo está se expandindo? Essa é uma pergunta que os astrônomos não foram capazes de responder com precisão. Eles têm um nome para a taxa de expansão do Universo: A Constante de Hubble, ou Lei de Hubble. Mas as medidas continuam apresentando valores diferentes, e os astrônomos vêm debatendo esse assunto há décadas.
A ideia básica por trás da medição da Constante Hubble é observar fontes de luz distantes, geralmente um tipo de supernova ou estrelas variáveis conhecidas como 'velas padrão' e medir o desvio para a luz vermelha. Mas não importa como os astrônomos façam isso, eles não conseguem chegar a um valor acordado, apenas uma gama de valores. Um novo estudo envolvendo quasares e lentes gravitacionais pode ajudar a resolver o problema.
Que o Universo está se expandindo não está em questão. Sabemos disso há cerca de 100 anos. A luz das galáxias distantes é deslocada para o vermelho à medida que se afastam de nós, e medir esse deslocamento para o vermelho produziu valores diferentes para a expansão universal.
"A constante Hubble ancora a escala física do universo."
Simon Birrer, pesquisador de pós-doutorado da UCLA e principal autor do estudo.
A taxa de expansão é medida em quilômetros por segundo por Megaparsec, escrita como (km / s) / Mpc. Assim, por exemplo, algo em expansão a uma taxa de 10 (km / s) / Mpc significa que dois pontos no espaço a 1 megaparsec (o equivalente a 3,26 milhões de anos-luz) estão se afastando a uma velocidade de 10 quilômetros por segundo.
Quando foi descoberto pela primeira vez na década de 1920, pensava-se que a taxa de expansão era de 625 kps / Mpc. Porém, a partir da década de 1950, pesquisas melhores mediram menos de 100 kps / Mpc. Nas últimas décadas, vários estudos mediram a taxa de expansão e alcançaram velocidades entre 67 a 77 kps / Mpc.
Mas a ciência não aceita uma série de respostas para algo que deveria ter um valor. Não seria ciência se tivesse. Portanto, os cientistas continuam tentando maneiras diferentes de medir a constante de Hubble para ver se conseguem acertar, porque a constante de Hubble é mais do que apenas uma medida da expansão do universo.
"A constante Hubble ancora a escala física do universo", disse Simon Birrer, pesquisador de pós-doutorado da UCLA e principal autor do estudo. Sem um valor preciso para a constante Hubble, os astrônomos não podem determinar com precisão os tamanhos de galáxias remotas, a idade do universo ou a história de expansão do cosmos. Então, acertar é um grande negócio.
Um novo estudo publicado recentemente no Monthly Notices da Royal Astronomical Society está tentando um novo método de medir a constante de Hubble. A pesquisa é liderada por uma equipe de astrônomos da UCLA e conta com quasares distantes cuja luz é submetida a lentes gravitacionais antes de chegar à Terra.
Quasares são objetos ultra brilhantes. Eles também são chamados de núcleos galácticos ativos, porque são pensados para serem causados por buracos negros supermassivos no centro das galáxias. A radiação eletromagnética que eles emitem é causada pelo disco de acúmulo em torno do buraco negro. À medida que o disco de matéria ao redor do buraco acelera, emite uma enorme quantidade de energia.
Como os quasares são tão luminosos, eles podem ser vistos de grandes distâncias. Isso os torna não apenas objetos de estudo fascinantes, mas também úteis como marcadores para o estudo da Lei de Hubble.
A lente gravitacional ocorre quando a fonte de luz de um objeto extremamente distante, quasares neste estudo, encontra uma galáxia intermediária antes de atingir os observadores na Terra. A massa extrema da galáxia é suficiente para dobrar a luz, semelhante à maneira como uma lente de vidro. O resultado é uma espécie de efeito 'casa dos espelhos'. A imagem abaixo mostra como ela é. A descoberta de lentes gravitacionais está mais intimamente associada a Einstein, embora não tenha sido até 1979 que foi observado.
Este estudo focou em quasares duplos. Um quasar duplo, às vezes chamado de quasar gêmeo, não é dois quasares próximos um do outro, mas um efeito das lentes gravitacionais. Com um quasar duplo, sua luz é refletida em torno de uma galáxia intermediária antes de chegar à Terra, produzindo duas imagens do quasar. Nenhum estudo anterior os usou para tentar determinar a taxa de expansão do Universo.
Como a luz do quasar é curvada em torno da galáxia intermediária, produzindo duas imagens do mesmo quasar, cria uma oportunidade de observação única. A luz que cria as imagens separadas do quasar percorre um caminho diferente para cada imagem. À medida que a luz do quasar flutua, há um atraso entre o piscar em cada uma das duas imagens.
Medindo o atraso de tempo entre as oscilações e conhecendo a massa da galáxia intermediária, a equipe deduziu as distâncias entre a Terra, a galáxia com lentes e o quasar. O conhecimento dos desvios para o vermelho do quasar e da galáxia permitiu aos cientistas estimar a rapidez com que o universo está se expandindo.
Este estudo se concentrou no quasar duplo chamado SDSS J1206 + 4332 e também contou com dados do Telescópio Espacial Hubble, Gemini e W.M. Observatórios Keck e da rede de monitoramento cosmológico de lentes gravitacionais, ou COSMOGRAIL. A equipe passou vários anos fazendo imagens diárias do quasar duplo, o que lhes dava medições muito precisas do atraso de tempo entre oscilações. Quando combinado com os outros dados, deu aos astrônomos uma das melhores medidas da Constante Hubble até agora.
"A beleza dessa medida é que ela é altamente complementar e independente de outras", disse Tommasso Treu, professor de física e astronomia da UCLA e autor sênior do artigo.
Então, com que rapidez está se expandindo?
“... o universo é um pouco mais complicado.
Tommasso Treu, professor de física e astronomia da UCLA.
A equipe apresentou um valor para a Constante Hubble de 72,5 quilômetros por segundo por megaparsec. Isso o alinha com outras medições que usavam supernovas distantes como velas padrão para medir a constante de Hubble. Mas é cerca de 7% maior do que as medições que contam com o Cosmic Microwave Background para medi-lo.
Este não é o fim do debate sobre a lei de Hubble. Ainda existe essa diferença incômoda entre os métodos de medição. O que isso significa? "Se existe uma diferença real entre esses valores, significa que o universo é um pouco mais complicado", disse Treu. Treu também disse que uma das medidas, ou mesmo as três, estão erradas.
A equipe continuará com seu método de medição de lentes quasar. Eles estão analisando 40 quasares quádruplos para, esperançosamente, fornecer uma medida ainda mais precisa da taxa de expansão do Universo.
Fontes:
- Trabalho de Pesquisa: H0LiCOW - IX. Análise cosmográfica do quasar duplamente imageado SDSS 1206 + 4332 e uma nova medição da constante de Hubble
- Press Release da UCLA: Ver o dobro pode ajudar a resolver disputas sobre a rapidez com que o universo está se expandindo
- H0LiCOW
- Entrada da Wikipedia: Lei de Hubble
