Mais de 90 anos atrás, o astrônomo Edwin Hubble observou o primeiro indício da taxa de expansão do universo, chamada de constante de Hubble.
Quase imediatamente, os astrônomos começaram a discutir sobre o valor real dessa constante e, com o tempo, perceberam que havia uma discrepância nesse número entre as observações do universo inicial e as observações do universo tardio.
No início da existência do universo, a luz se movia através do plasma – não havia estrelas ainda – e de oscilações semelhantes às ondas sonoras criadas por isso, os cientistas deduziram que a constante de Hubble era de cerca de 67. Isso significa que o universo se expande cerca de 67 quilômetros por segundo mais rápido a cada 3,26 milhões de anos-luz.
Mas essa observação difere quando os cientistas observam a vida posterior do universo, depois que as estrelas nasceram e as galáxias se formaram. A gravidade desses objetos causa o que é chamado de lente gravitacional, que distorce a luz entre uma fonte distante e seu observador.
Outros fenômenos neste universo tardio incluem explosões extremas e eventos relacionados ao fim da vida de uma estrela. Com base nessas observações posteriores da vida, os cientistas calcularam um valor diferente, em torno de 74. Essa discrepância é chamada de tensão de Hubble.
Agora, uma equipe internacional, incluindo um físico da Universidade de Michigan, analisou um banco de dados de mais de 1.000 explosões de supernovas, apoiando a ideia de que a constante de Hubble pode não ser realmente constante.
Em vez disso, pode mudar com base na expansão do universo, crescendo à medida que o universo se expande. Essa explicação provavelmente requer uma nova física para explicar a taxa crescente de expansão, como uma versão modificada da gravidade de Einstein.
Os resultados da equipe são publicados no Astrophysical Journal.
“O ponto é que parece haver uma tensão entre os valores maiores para as observações do universo tardio e os valores mais baixos para a observação do universo inicial”, disse Enrico Rinaldi, pesquisador do Departamento de Física da U-M. “A pergunta que fizemos neste artigo é: e se a constante de Hubble não for constante? E se ela realmente mudar?”
Os pesquisadores usaram um conjunto de dados de supernovas – explosões espetaculares que marcam o estágio final da vida de uma estrela. Quando brilham, emitem um tipo específico de luz. Especificamente, os pesquisadores estavam olhando para as supernovas do Tipo Ia.
Esses tipos de estrelas supernovas foram usados para descobrir que o universo estava se expandindo e acelerando, disse Rinaldi, e são conhecidos como “velas padrão”, como uma série de faróis com a mesma lâmpada. Se os cientistas conhecem sua luminosidade, eles podem calcular sua distância observando sua intensidade no céu.
Em seguida, os astrônomos usam o que é chamado de “desvio para o vermelho” para calcular como a taxa de expansão do universo pode ter aumentado ao longo do tempo. Redshift é o nome do fenômeno que ocorre quando a luz se estende conforme o universo se expande.
A essência da observação original de Hubble é que quanto mais longe do observador, mais o comprimento de onda se torna alongado – como se você prendesse um Slinky a uma parede e se afastasse dela, segurando uma das pontas nas mãos. Redshift e distância estão relacionados.
No estudo da equipe de Rinaldi, cada grupo de estrelas tem um valor de referência fixo de redshift. Comparando o redshift de cada categoria de estrelas, os pesquisadores podem extrair a constante de Hubble para cada uma das diferentes categorias.
Em sua análise, os pesquisadores separaram essas estrelas com base em intervalos de redshift. Eles colocaram as estrelas em um intervalo de distância em um “compartimento”, depois um número igual de estrelas no próximo intervalo de distância em outro compartimento e assim por diante. Quanto mais perto a caixa da Terra, mais jovens são as estrelas.
“Se for uma constante, então não deveria ser diferente quando a extraímos de latas de diferentes distâncias. Mas nosso principal resultado é que ela realmente muda com a distância”, disse Rinaldi. “A tensão da constante de Hubble pode ser explicada por alguma dependência intrínseca dessa constante na distância dos objetos que você usa.”
Além disso, os pesquisadores descobriram que sua análise da constante de Hubble mudando com o redshift lhes permite “conectar” suavemente o valor da constante das sondas do início do universo e o valor das sondas do universo tardio, disse Rinaldi.
“Os parâmetros extraídos ainda são compatíveis com o entendimento cosmológico padrão que temos”, disse ele. “Mas desta vez eles apenas mudam um pouco conforme mudamos a distância, e essa pequena mudança é o suficiente para explicar por que temos essa tensão.”
Os pesquisadores dizem que há várias explicações possíveis para essa aparente mudança na constante de Hubble – uma delas é a possibilidade de vieses observacionais na amostra de dados. Para ajudar a corrigir possíveis vieses, os astrônomos estão usando Hyper Suprime-Cam no telescópio Subaru para observar supernovas mais fracas em uma ampla área. Os dados deste instrumento irão aumentar a amostra de supernovas observadas de regiões remotas e reduzir a incerteza nos dados.
Publicado em 23/05/2021 16h11
Artigo original:
Estudo original: