A análise conduzida pelo grupo abre caminho para melhores medições no futuro usando telescópios de uma série de telescópios Cherenkov.Usando as mais modernas tecnologias e métodos, a equipe de astrofísicos da Universidade Clemson adicionou uma nova abordagem para quantificar uma das leis mais fundamentais do Universo.
Os cientistas de Clemson, Marco Agello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli e Dieter Hartmann, juntamente com outros seis cientistas em todo o mundo, desenvolveram uma nova dimensão da constante Hubble - a unidade de medida usada para descrever a velocidade de expansão do Universo.
"A cosmologia é uma compreensão da evolução do nosso Universo: como ele se desenvolveu no passado, o que faz agora e o que acontecerá no futuro", disse Agello, professor associado de física e astronomia na Faculdade de Ciências. - Nosso conhecimento é baseado em vários parâmetros, incluindo a constante do Hubble, que buscamos medir com a maior precisão possível. Neste artigo, nossa equipe analisou dados obtidos de telescópios orbitais e terrestres para obter uma das últimas medições da velocidade de expansão do Universo. ”
O conceito de um universo em expansão foi apresentado pelo astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953). No início do século XX, o Hubble foi um dos primeiros astrônomos a concluir que o universo é composto de muitas galáxias. Sua pesquisa subsequente levou à descoberta mais famosa: as galáxias estão se afastando uma da outra a uma velocidade proporcional à distância delas.
O Hubble inicialmente estimou uma taxa de expansão de 500 quilômetros por segundo por megaparsec, com o megaparsec equivalente a aproximadamente 3,26 milhões de anos-luz. Hubble concluiu que uma galáxia localizada a dois megaparsec da nossa galáxia é duas vezes mais rápida que uma galáxia apenas um megaparsec. Essa estimativa ficou conhecida como constante de Hubble, que pela primeira vez provou que o universo está se expandindo.
Com a ajuda de tecnologias em constante aperfeiçoamento, os astrônomos chegaram a medições significativamente diferentes dos cálculos iniciais do Hubble - diminuindo a velocidade de expansão para 50-100 quilômetros por segundo por megaparsec. E na última década, instrumentos de última geração, como o satélite de Planck, melhoraram significativamente a precisão das medições iniciais do Hubble.
Em um artigo intitulado "Uma nova medição da constante e substância de Hubble no universo usando atenuação extragalática de fundo da radiação gama", o grupo comparou os dados mais recentes sobre atenuação de raios gama usando o telescópio espacial Fermi e os telescópios atmosféricos de Cherenkov para desenvolver suas estimativas com base em modelos luz de fundo extragaláctica. Essa nova estratégia levou a uma medição de aproximadamente 67,5 quilômetros por segundo por megaparsec.
Os raios gama são a forma de energia mais alta da luz. A luz de fundo extragaláctica (EBL) é uma névoa cósmica composta por toda a luz ultravioleta, visível e infravermelha emitida por estrelas ou poeira nas proximidades. Quando os raios gama e o EBL interagem, eles deixam uma marca perceptível - uma perda gradual de fluxo, que os cientistas foram capazes de analisar ao formular suas hipóteses.
Os cientistas Marco Ajello, Abhishek Desai, Lea Marcotulli e Dieter Hartmann, juntamente com outros seis cientistas em todo o mundo, desenvolveram uma nova dimensão para a constante Hubble."A comunidade astronômica está investindo muito dinheiro e recursos na criação de cosmologia precisa com muitos parâmetros diferentes, incluindo a constante de Hubble", disse Dieter Hartmann, professor de física e astronomia. - Nossa compreensão dessas constantes fundamentais definiu o Universo como o conhecemos agora. Quando nosso entendimento das leis se torna mais preciso, nossa definição de universo também se torna mais precisa, levando a novas idéias e descobertas. ”
Uma analogia comum para a expansão do Universo é um balão pontilhado, com cada ponto representando uma galáxia. Quando o balão é inflado, os pontos se afastam cada vez mais.
"Alguns teóricos sugerem que o balão se expandirá para um ponto específico no tempo e depois entrará em colapso novamente", disse Desai, estudante de graduação do Departamento de Física e Astronomia. "Mas a crença mais comum é que o Universo continuará a se expandir até que tudo esteja tão distante que não haverá mais luz observada." Neste momento, o universo sofrerá uma morte fria. Mas não temos nada com que nos preocupar. Se isso acontecer, em trilhões de anos.
Mas se a analogia do balão estiver correta, o que exatamente o balão está inflando?
"A matéria são estrelas, planetas, mesmo nós somos apenas uma pequena parte da composição geral do Universo", explicou Agello. - A maior parte do universo consiste em energia escura e matéria escura. E acreditamos que essa energia escura "infla um balão". A energia escura empurra as coisas. A gravidade, que atrai objetos um para o outro, é uma força mais forte no nível local; portanto, algumas galáxias continuam colidindo. Mas a distâncias cósmicas, a energia escura é a força dominante. ”
“É ótimo que usemos raios gama para estudar cosmologia. "Nossa metodologia nos permite usar uma estratégia independente - uma nova metodologia independente das existentes - para medir as propriedades mais importantes do universo", disse Dominguez, que também é pesquisador do grupo Agello. - Nossos resultados mostram a maturidade alcançada na última década no campo da astrofísica de alta energia. A análise que desenvolvemos abre as portas para melhores medições no futuro, usando um conjunto de telescópios Cherenkov, que ainda está em desenvolvimento e será o conjunto mais ambicioso de telescópios de alta energia terrestres de todos os tempos. ”
Muitos desses métodos usados neste artigo são consistentes com o trabalho anterior feito por Agello e seus colegas. Em um projeto anterior que apareceu na revista Science, Agello e sua equipe foram capazes de medir toda a luz das estrelas já emitida na história do universo.
"Sabemos que os fótons de raios gama de fontes extragalácticas se movem no Universo em direção à Terra, onde podem ser absorvidos ao interagir com fótons à luz das estrelas", disse Agello. - A velocidade da interação depende da duração de sua jornada no universo. E o comprimento que eles passam depende da extensão. Se a expansão for pequena, eles se moverão a uma curta distância. Se a expansão for grande, eles percorrem uma distância muito grande. Assim, a quantidade de absorção que medimos depende muito do valor da constante de Hubble. O que fizemos foi alterá-lo e usá-lo para limitar a taxa de expansão do universo. ”
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