Quão rápido o universo está se expandindo?

As equipes do Hubble e do Gaia se reúnem para fazer a medição mais precisa hoje

Na década de 1920, Edwin Hubble fez uma descoberta revolucionária - descobriu-se que o universo está se expandindo. Inicialmente, esse estado de coisas foi previsto pela Teoria Geral da Relatividade de Einstein. A velocidade dessa expansão é chamada constante de Hubble . Até hoje, com a ajuda de telescópios modernos - como o telescópio Hubble - os astrônomos já mediram e revisaram esse valor muitas vezes.

Essas medidas confirmaram que a taxa de expansão aumentou com o tempo, embora os cientistas não tenham certeza do motivo. Medições recentes foram feitas por uma equipe internacional de cientistas que usaram dados do Hubble e depois compararam com dados obtidos no Observatório Gaia da Agência Espacial Européia. Como resultado, foram obtidas as medidas mais precisas da constante Hubble até o momento, as quais, no entanto, não removeram as questões sobre aceleração cósmica.

Um estudo que descreve essas descobertas foi publicado em julho no Astrophysical Journal, intitulado: “Os padrões cefeidas da Via Láctea para medir a distância cósmica e sua aplicação ao Gaia DR2: implicações para a constante de Hubble”. O estudo envolveu cientistas do Instituto de Pesquisa Espacial usando o telescópio espacial, a Universidade Johns Hopkins, o Instituto Nacional de Astrofísica, a Universidade da Califórnia em Berkeley, a Universidade A&M do Texas e o Observatório Europeu do Sul.


Três estágios de medição da constante de Hubble: medição da paralaxe para cefeidas, medição de galáxias contendo cefeidas e supernovas do tipo Ia, medição de galáxias distantes contendo supernovas do tipo Ia.

Desde 2005, Adam Riess , ganhador do Nobel que trabalha com o Instituto de Pesquisa Espacial usando o telescópio espacial e as Universidades Johns Hopkins, trabalha para refinar o valor da constante Hubble, aprimorando e melhorando o processo de construção da escada espacial de distâncias . Juntamente com sua equipe, conhecida como “usando a supernova H0 para calcular a equação de estado” ( Supernova H0 para a Equação de Estado , SH0ES), eles reduziram com sucesso o erro de medição da taxa de expansão do universo para 2,2%.

Em detalhes, os astrônomos tradicionalmente usam a escala de distância na astronomia, ou a escada de distância, para medir distâncias a objetos distantes no universo. É construído com base em marcos como estrelas variáveis ​​da Cefeida - estrelas pulsantes, cuja distância pode ser calculada comparando seu brilho absoluto com o visível [e o brilho absoluto pode ser calculado com base no período de ondulação / aprox. transl.]. Essas medidas são então comparadas com o desvio para a luz vermelha proveniente de galáxias distantes para determinar a rapidez com que o espaço entre as galáxias se expande.

A constante Hubble também é derivada disso. Outro método é a observação da radiação relíquia e o rastreamento da expansão do Universo primitivo - quando se passaram cerca de 378.000 anos desde o Big Bang - a partir dos quais a velocidade de expansão moderna é derivada usando a física e a extrapolação. Juntos, esses métodos devem fornecer um cronograma para a expansão do Universo desde o início até os dias atuais.

No entanto, os astrônomos sabem há muito tempo que essas duas medições não coincidem. Em um estudo anterior , quando Riess e a equipe também realizaram pesquisas usando o telescópio Hubble, obtiveram um valor constante de 73 km / s / Mpc. Enquanto isso, os resultados obtidos nas medições do Observatório de Planck (que observaram relegar radiação de 2009 a 2013) sugerem que a constante de Hubble deve ser de 67 km / s / Mpc e certamente não mais de 69 - e isso é uma diferença de até 9%


Radiação por relíquia em pseudo cores

Como Riess observou em um comunicado de imprensa recente da NASA:

A tensão se transformou em uma incompatibilidade real de nossa idéia do Universo primitivo e tardio. Ficou claro que isso não era mais o resultado de algum erro terrível em uma das dimensões. É como se você previsse o crescimento de uma criança de acordo com o cronograma de crescimento das pessoas e depois descobrisse que, tendo amadurecido, ele excedeu muito as expectativas. Estamos completamente confusos.

Nesse caso, Riss e colegas usaram o telescópio Hubble para estimar o brilho das cefeidas distantes, e Gaia forneceu dados de paralaxe - a aparente mudança na localização de um objeto, dependendo de seu ponto de vista - necessária para determinar a distância. A outra contribuição de Gaia foi a medição de distâncias de até 50 cefeidas da Via Láctea, que foram combinadas com as medidas do Hubble.

Isso permitiu que os astrônomos calibrassem com mais precisão as cefeidas e usassem as que estão fora da Via Láctea como marcadores. Usando as medidas obtidas no Hubble e novos dados de Gaia, Riss e colegas conseguiram refinar o valor medido da velocidade de expansão para 73,5 km / s / Mpc.


O satélite Gaia da Agência Espacial Européia está cumprindo sua missão de cinco anos para construir um mapa das estrelas da Via Láctea.

Stefano Casertano, do Instituto de Pesquisa Espacial do Telescópio Espacial e membro da equipe SH0ES, acrescentou:

O Hubble é surpreendentemente bom em servir como um observatório de uso geral, mas Gaia é o novo padrão para calibração de distância. Foi especialmente desenvolvido para medir a paralaxe - foi desenvolvido para isso. Gaia oferece novas possibilidades para recalibrar todas as distâncias medidas anteriores e confirma nosso trabalho anterior. Obtemos o mesmo valor para a constante Hubble, substituindo todas as calibrações anteriores da escala de distância por apenas os valores de paralaxe obtidos de Gaia. Esta é uma verificação cruzada de dois observatórios poderosos e precisos.

No futuro, Riess e sua equipe esperam continuar trabalhando com Gaia para reduzir o erro associado à constante Hubble para 1% no início da década de 2020. Enquanto isso, a discrepância entre a taxa de expansão atual e a obtida com os dados da CMB continuará surpreendendo os astrônomos.

No final, isso pode ser um sinal de que alguma outra física está trabalhando no Universo, que a matéria escura não interage com a matéria normal da maneira que os cientistas suspeitavam, ou que a energia escura pode se tornar ainda mais exótica do que se pensava anteriormente. Seja qual for o motivo, é claro que o Universo ainda tem surpresas para nós!