Astrônomos usando os radiotelescópios da National Science Foundation (NSF) demonstraram como uma combinação de observações de ondas gravitacionais e de rádio, juntamente com modelagem teórica, pode transformar as fusões de pares de estrelas de nêutrons em uma “régua cósmica” capaz de medir a expansão do Universo e resolver uma questão pendente sobre a sua taxa.
Os astrônomos usaram o Very Long Baseline Array (VLBA) da NSF, o Very Large Array (VLA) de Karl G. Jansky e o Telescópio Robert C. Byrd Green Bank (GBT) para estudar as conseqüências da colisão de duas estrelas de nêutrons que produziram gravitacional ondas detectadas em 2017. Este evento ofereceu uma nova maneira de medir a taxa de expansão do Universo, conhecida pelos cientistas como a Constante Hubble. A taxa de expansão do Universo pode ser usada para determinar seu tamanho e idade, além de servir como uma ferramenta essencial para interpretar observações de objetos em outras partes do Universo.
Dois métodos principais de determinação da Constante de Hubble usam as características do Fundo de Microondas Cósmico, a radiação remanescente do Big Bang, ou um tipo específico de explosões de supernova, chamado Tipo Ia, no Universo distante. No entanto, esses dois métodos fornecem resultados diferentes.
“A fusão de estrelas de nêutrons nos dá uma nova maneira de medir a constante de Hubble, e esperamos resolver o problema”, disse Kunal Mooley, do Observatório Nacional de Radioastronomia (NRAO) e Caltech.
A técnica é semelhante à que usa as explosões de supernova. Acredita-se que todas as explosões de supernova do tipo Ia tenham um brilho intrínseco que pode ser calculado com base na velocidade com que elas se iluminam e depois desaparecem. Medindo o brilho visto da Terra, a distância da explosão da supernova é informada. Medir o deslocamento Doppler da luz da galáxia hospedeira da supernova indica a velocidade com que a galáxia está se afastando da Terra. A velocidade dividida pela distância produz a constante de Hubble. Para obter uma figura precisa, muitas dessas medições devem ser feitas a distâncias diferentes.
Quando duas grandes estrelas de nêutrons colidem, elas produzem uma explosão e uma explosão de ondas gravitacionais. A forma do sinal da onda gravitacional diz aos cientistas como era “brilhante” aquele surto de ondas gravitacionais. Medir o “brilho” ou a intensidade das ondas gravitacionais recebidas na Terra pode render a distância.
“Este é um meio de medição completamente independente que, esperamos, possa esclarecer qual é o verdadeiro valor da Constante Hubble”, disse Mooley.
No entanto, há uma reviravolta. A intensidade das ondas gravitacionais varia com sua orientação em relação ao plano orbital das duas estrelas de nêutrons. As ondas gravitacionais são mais fortes na direção perpendicular ao plano orbital, e mais fracas se o plano orbital estiver de ponta conforme visto da Terra.
“Para usar as ondas gravitacionais para medir a distância, precisávamos conhecer essa orientação”, disse Adam Deller, da Universidade de Tecnologia de Swinburne, na Austrália.
Durante um período de meses, os astrônomos usaram os radiotelescópios para medir o movimento de um jato super rápido de material ejetado da explosão. “Usamos essas medidas juntamente com simulações hidrodinâmicas detalhadas para determinar o ângulo de orientação, permitindo assim o uso das ondas gravitacionais para determinar a distância”, disse Ehud Nakar, da Universidade de Tel Aviv.
A colisão de duas estrelas de nêutrons (GW170817) lançou uma extraordinária bola de fogo de material e energia que está permitindo que uma equipe de astrofísicos liderada por Princeton calcule a constante de Hubble, a velocidade da expansão do universo. Eles usaram um “filme” de rádio de alta resolução (à esquerda) que eles compararam a um modelo de computador (à direita). Para gerar seu “filme”, a equipe de cientistas combinou dados de radiotelescópios suficientes espalhados por uma região suficientemente grande para gerar uma imagem com uma resolução tão alta que, se fosse uma câmera óptica, poderia ver cabelos individuais na cabeça de alguém a 10 km de distância. O filme enfatiza observações realizadas 75 dias e 230 dias após a fusão. O painel do meio mostra a curva da luz de pós-luminescência do rádio. Crédito: Ore Gottlieb e Ehud Nakar, Universidade de Tel Aviv
Essa medida única, de um evento a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, ainda não é suficiente para resolver a incerteza, disseram os cientistas, mas a técnica agora pode ser aplicada a futuras fusões de estrelas de nêutrons detectadas com ondas gravitacionais.
“Acreditamos que mais 15 eventos desse tipo, que podem ser observados com ondas gravitacionais e em grande detalhe com radiotelescópios, podem resolver o problema”, disse Kenta Hotokezaka, da Universidade de Princeton. “Este seria um avanço importante na nossa compreensão de um dos aspectos mais importantes do Universo”, acrescentou.
A equipe científica internacional liderada por Hotokezaka está relatando seus resultados na revista Nature Astronomy.
Publicado em 09/07/2019
Artigo original: https://phys.org/news/2019-07-method-difficulty-universe-expansion.html
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