Apesar de um século de medições, os astrônomos não conseguem concordar sobre a taxa de expansão do universo. Uma técnica que se baseia na medição de distâncias a um tipo específico de estrela em envelhecimento em outras galáxias – chamada de Ramo Gigante Assintótico da região J ou método JAGB – pode ajudar.
A astrofísica e estudante de graduação da Universidade de Chicago Abigail Lee é a autora principal de um novo artigo que analisou observações de luz de uma galáxia próxima para validar o método JAGB para medir distâncias cosmológicas. Esta nova técnica permitirá futuras medições de distância independentes que podem ajudar a responder a uma das maiores questões pendentes na cosmologia: quão rápido o universo está se expandindo?
“Uma das questões mais interessantes da cosmologia hoje é se há uma nova física que está faltando em nosso entendimento atual de como o universo está evoluindo. Uma discrepância atual na medição da constante de Hubble pode estar sinalizando uma nova propriedade física do universo ou, mais mundanamente, incertezas de medição não reconhecidas “, disse Wendy L. Freedman, professora de Astronomia e Astrofísica da Universidade John e Marion Sullivan e autora sênior do artigo. “Existem poucos métodos para medir distâncias que podem fornecer a precisão necessária. Lee está desenvolvendo este novo método JAGB, que mostra uma promessa inicial para resolver essa discrepância.”
Uma chave para a história do universo
Em 1920, Edwin Hubble, Ph.D. “17, notou pela primeira vez a relação entre a distância de uma galáxia e a velocidade com que ela se afastava de nós. Este valor, agora conhecido como constante de Hubble, é um parâmetro-chave em modelos cosmológicos.
O Hubble mediu primeiro esta constante comparando a distância galáctica e as medições de velocidade derivadas de um tipo específico de estrela que pulsa regularmente. As medições usando métodos diretos como o de Hubble têm melhorado muito ao longo das décadas, mas eles não concordam com os métodos que extrapolam a partir do Fundo Cósmico de Microondas – sobras de luz do universo primordial. Essa discordância é chamada de tensão de Hubble e é uma das questões mais proeminentes da cosmologia moderna.
Um método de medição independente pode ajudar a preencher a lacuna entre os métodos e levar a uma visão mais decisiva da constante de Hubble medida diretamente à distância, disseram os autores.
É aí que entra o método JAGB. Estrelas na região J Asymptotic Giant Branch são um tipo específico de gigantes envelhecidos que contêm uma quantidade substancial de carbono em suas atmosferas que é trazido à superfície por correntes de convecção, dando-lhes uma cor e brilho muito distintos que permitem que sejam identificados em um conjunto de estrelas dentro de uma galáxia.
“Observamos empiricamente que essas estrelas têm um brilho intrínseco conhecido de galáxia a galáxia”, disse Lee.
Isso os torna os principais candidatos para serem o que os astrônomos chamam de velas padrão. Como o brilho aparente de uma estrela conforme observado depende de sua distância do observador e de seu brilho intrínseco, saber o brilho intrínseco de uma estrela pode permitir aos astrônomos inferir sua distância.
“Como esse método é relativamente novo, o objetivo deste projeto era ver se ele poderia competir com outros indicadores de distância em precisão e exatidão”, disse Lee.
Indo para as estrelas para verificar
A equipe selecionou uma galáxia na periferia do grupo mais próximo de galáxias, chamada Wolf-Lundmark-Melotte ou WLM, e usou dados retirados de observações com os Telescópios de Magalhães no Observatório Las Campanas, no Chile. Usando um único objeto como alvo e aplicando quatro métodos de medição independentes diferentes, a equipe pode comparar a exatidão e precisão do método JAGB com métodos previamente estabelecidos.
Depois de analisar os dados de quatro maneiras diferentes, os pesquisadores determinaram que o método JAGB não é apenas uma verificação independente de outros métodos de medição de distância, mas que requer menos tempo de observação – uma mercadoria escassa entre uma comunidade de astrônomos que competem por tempo em um número limitado de telescópios poderosos.
Como as estrelas JAGB são mais brilhantes do que as estrelas usadas em outras medições de distância, elas também podem ser vistas mais distantes, o que permitirá calibrações mais distantes do que são possíveis com outros métodos. Além disso, estrelas JAGB são encontradas em todos os tipos de galáxias, ao contrário das estrelas pulsantes usadas pelo Hubble, que são encontradas apenas no subconjunto mais limitado de galáxias espirais e frequentemente sofrem de aglomeração e interferência significativa da poeira.
“Idealmente, obteremos o tempo de observação do Telescópio Espacial James Webb e do Telescópio Espacial Hubble para usar este método para medir distâncias a galáxias que hospedam supernovas Tipo Ia”, disse Lee. As supernovas do tipo Ia são usadas para medir galáxias mais distantes, mas precisam ser calibradas por medições de distâncias de menor alcance usando técnicas como o método JAGB. “Assim que fizermos isso, podemos não apenas medir a constante de Hubble, mas também comparar esses vários métodos de distância para ver se há problemas com algum deles.”
Se esse novo valor independente para a constante de Hubble concorda com outros métodos de medição direta ou com as medições do universo primitivo, vai lançar luz sobre esta questão que há muito intrigava astrônomos e cosmologistas.
“Não temos uma compreensão firme do valor da constante de Hubble, então este é um trabalho realmente importante para ajudar a resolver um dos maiores problemas da cosmologia no momento”, disse Lee.
Publicado em 04/03/2021 15h27
Artigo original:
Estudo original: