Na década de 1920, Edwin Hubble fez a revelação inovadora de que o Universo estava em um estado de expansão. Originalmente prevista como uma consequência da Teoria da Relatividade Geral de Einstein, essa confirmação levou ao que ficou conhecido como Constante de Hubble. Nas décadas de garantia, e graças à implantação de telescópios da próxima geração - como o Telescópio Espacial Hubble (HST) - os cientistas foram forçados a revisar esta lei.
Em suma, nas últimas décadas, a capacidade de ver mais longe no espaço (e mais fundo no tempo) permitiu aos astrônomos fazer medições mais precisas sobre a rapidez com que o Universo se expandiu. E, graças a uma nova pesquisa realizada usando o Hubble, uma equipe internacional de astrônomos conseguiu realizar as medições mais precisas da taxa de expansão do Universo até o momento.
Esta pesquisa foi conduzida pela equipe da Supernova H0 para a Equação de Estado (SH0ES), um grupo internacional de astrônomos que busca refinar a precisão da Constante Hubble desde 2005. O grupo é liderado por Adam Reiss, do Space Telescope Science Institute (STScI) e Johns Hopkins University, e inclui membros do Museu Americano de História Natural, Instituto Neils Bohr, Observatório Nacional de Astronomia Óptica e muitas universidades e instituições de pesquisa de prestígio.
O estudo que descreve suas descobertas apareceu recentemente em The Astrophysical Journal sob o título “Tipo Ia Supernova Distâncias no desvio para o vermelho> 1,5 da telescópio espacial Hubble Programas de tesouraria multiciclo: a taxa de expansão antecipada “. Para o estudo deles, e de acordo com seus objetivos de longo prazo, a equipe procurou construir uma nova e mais precisa "escada de distância".
Essa ferramenta é como os astrônomos medem tradicionalmente as distâncias no Universo, que consiste em confiar em marcadores de distância como variáveis da Cefeida - estrelas pulsantes cujas distâncias podem ser inferidas comparando seu brilho intrínseco com o brilho aparente. Essas medidas são então comparadas à maneira como a luz das galáxias distantes é deslocada para vermelho para determinar a rapidez com que o espaço entre as galáxias está se expandindo.
A partir disso, a constante Hubble é derivada. Para construir sua escada distante, Riess e sua equipe realizaram medições de paralaxe usando a Wide Field Camera 3 (WFC3) do Hubble de oito estrelas variáveis cefeidas recentemente analisadas na Via Láctea. Essas estrelas estão cerca de 10 vezes mais distantes do que as estudadas anteriormente - entre 6.000 e 12.000 anos-luz da Terra - e pulsam em intervalos mais longos.
Para garantir a precisão que explicaria as oscilações dessas estrelas, a equipe também desenvolveu um novo método em que o Hubble media a posição de uma estrela mil vezes por minuto a cada seis meses, durante quatro anos. A equipe então comparou o brilho dessas oito estrelas com cefeidas mais distantes para garantir que eles pudessem calcular as distâncias de outras galáxias com mais precisão.
Usando a nova técnica, o Hubble conseguiu capturar a mudança de posição dessas estrelas em relação às outras, o que simplificou imensamente as coisas. Como Riess explicou em um comunicado de imprensa da NASA:
“Esse método permite oportunidades repetidas para medir deslocamentos extremamente pequenos devido à paralaxe. Você está medindo a separação entre duas estrelas, não apenas em um lugar na câmera, mas várias e várias vezes, reduzindo os erros de medição. ”
Comparado a pesquisas anteriores, a equipe conseguiu estender o número de estrelas analisadas para distâncias até 10 vezes mais. No entanto, seus resultados também contradizem os obtidos pelo satélite Planck da Agência Espacial Européia (ESA), que mede o Cosmic Microwave Background (CMB) - a radiação restante criada pelo Big Bang - desde que foi implantada em 2009.
Ao mapear o CMB, Planck conseguiu rastrear a expansão do cosmos durante o início do Universo - cerca de. 378.000 anos após o Big Bang. O resultado de Planck previu que o valor constante do Hubble agora deve ser de 67 quilômetros por segundo por megaparsec (3,3 milhões de anos-luz) e não pode ser superior a 69 quilômetros por segundo por megaparsec.
Com base no ataque, a equipe de Riess obteve um valor de 73 quilômetros por segundo por megaparsec, uma discrepância de 9%. Essencialmente, seus resultados indicam que as galáxias estão se movendo a uma taxa mais rápida do que a implicada pelas observações do Universo primitivo. Como os dados do Hubble eram tão precisos, os astrônomos não podem descartar a diferença entre os dois resultados como erros em uma única medição ou método. Como Reiss explicou:
“A comunidade está realmente tentando entender o significado dessa discrepância. Ambos os resultados foram testados de várias maneiras, impedindo uma série de erros não relacionados. é cada vez mais provável que isso não seja um bug, mas uma característica do universo. ”
Portanto, esses resultados mais recentes sugerem que alguma força anteriormente desconhecida ou alguma nova física pode estar em funcionamento no Universo. Em termos de explicações, Reiss e sua equipe ofereceram três possibilidades, todas relacionadas aos 95% do Universo que não podemos ver (ou seja, matéria escura e energia escura). Em 2011, Reiss e dois outros cientistas receberam o Prêmio Nobel de Física pela descoberta de 1998 de que o Universo estava em uma taxa de expansão acelerada.
Consistente com isso, eles sugerem que a Energia Negra poderia estar separando as galáxias com força crescente. Outra possibilidade é que exista uma partícula subatômica ainda não descoberta, semelhante a um neutrino, mas que interaja com a matéria normal por gravidade, em vez de forças subatômicas. Esses "neutrinos estéreis" viajariam perto da velocidade da luz e poderiam ser coletivamente conhecidos como "radiação escura".
Qualquer uma dessas possibilidades significaria que o conteúdo do Universo primitivo era diferente, forçando assim a repensar nossos modelos cosmológicos. No momento, Riess e seus colegas não têm respostas, mas planejam continuar ajustando suas medidas. Até agora, a equipe SHoES reduziu a incerteza da Hubble Constant para 2,3%.
Isso está de acordo com um dos objetivos centrais do Telescópio Espacial Hubble, que era ajudar a reduzir o valor da incerteza no Hubble's Constant, para o qual as estimativas variavam uma vez por um fator de 2.
Portanto, embora essa discrepância abra a porta para perguntas novas e desafiadoras, também reduz substancialmente a nossa incerteza quando se trata de medir o Universo. Por fim, isso melhorará nossa compreensão de como o Universo evoluiu depois que foi criado em um cataclismo ardente 13,8 bilhões de anos atrás.
