Num novo estudo, dois astrofísicos da Universidade de Chicago estabeleceram um método de como utilizar pares de buracos negros em colisão (vistos aqui nesta impressão de artista) para medir a rapidez com que o nosso universo se está a expandir.
Crédito: Projeto SXS (Simulating eXtreme Spacetimes)
Um buraco negro é normalmente onde a informação vai para desaparecer - mas os cientistas podem ter encontrado um truque para usar os seus últimos momentos e assim nos contar mais sobre a história do Universo.
Num novo estudo, dois astrofísicos da Universidade de Chicago estabeleceram um método de como utilizar pares de buracos negros em colisão para medir a rapidez da expansão do Universo - e assim compreender como o Universo evoluiu, de que é feito e qual será o seu futuro.
Em particular, os cientistas pensam que a nova técnica, a que chamam de "sirene espectral", pode ser capaz de nos dizer mais sobre os elusivos anos da "adolescência" do Universo.
Uma régua cósmica
Um grande debate científico em curso é exatamente a rapidez com que o Universo se está a expandir - um valor chamado constante de Hubble. Os diferentes métodos disponíveis até agora produzem respostas ligeiramente diferentes, e os cientistas estão ansiosos por encontrar formas alternativas de medir este parâmetro. A verificação da precisão deste número é especialmente importante porque afeta a nossa compreensão de questões fundamentais como a idade, a história e a composição do Universo.
O novo estudo fornece uma maneira de fazer este cálculo, usando detetores especiais que captam os ecos cósmicos das colisões de buracos negros.
Ocasionalmente, dois buracos negros colidem um com o outro - um evento tão poderoso que cria literalmente uma ondulação no espaço-tempo e que viaja através do Universo. Aqui na Terra, o LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) nos EUA e o Observatório Virgo na Itália podem captar essas ondulações, que são chamadas ondas gravitacionais.
Ao longo dos últimos anos, o LIGO e o Virgo recolheram as leituras de quase 100 colisões entre pares de buracos negros.
O sinal de cada colisão contém informações sobre quão massivos eram os buracos negros. Mas o sinal percorre distâncias enormes e durante esse tempo o Universo expandiu-se, o que muda as propriedades do sinal. "Por exemplo, se pegássemos num buraco negro e o colocássemos mais cedo no Universo, o sinal mudaria e pareceria um buraco negro maior do que realmente é", explicou o astrofísico Daniel Holz, um dos dois autores do artigo científico.
Se os cientistas conseguirem descobrir uma forma de medir como esse sinal mudou, podem calcular o ritmo de expansão do Universo. O problema é a calibração: como é que eles sabem o quanto mudou em relação ao original?
No seu novo trabalho, Holz e o primeiro autor Jose María Ezquiaga sugerem que podem utilizar os nossos novos conhecimentos sobre toda a população de buracos negros como um instrumento de calibração. Por exemplo, as evidências atuais sugerem que a maioria dos buracos negros detetados têm entre cinco e 40 vezes a massa do nosso Sol. "Assim, medimos as massas dos buracos negros próximos e compreendemos as suas características, e depois olhamos para mais longe e vemos o quanto esses buracos negros mais distantes parecem ter mudado", disse Ezquiaga. "E isto dá-nos uma medição da expansão do Universo".
Os autores chamam-lhe o método da "sirene espectral", uma nova abordagem ao método da "sirene padrão" que Holz e colaboradores desenvolveram (o nome é uma referência aos métodos de "vela padrão" também utilizados em astronomia).
Os cientistas estão entusiasmados porque no futuro, à medida que as capacidades do LIGO crescem, o método pode proporcionar uma janela única para os anos "adolescentes" do Universo - há cerca de 10 mil milhões de anos - que são difíceis de estudar com outros métodos.
Os investigadores podem usar o fundo cósmico de micro-ondas para olhar para os primeiros momentos do Universo, e podem olhar à volta de galáxias próximas da nossa Via Láctea para estudar a história mais recente do Universo. Mas o período intermédio é mais difícil de alcançar, e é uma área de especial interesse científico.
"Foi por volta dessa época que passámos da matéria escura como força predominante no Universo para a energia escura, pelo que estamos muito interessados em estudar esta transição crítica", disse Ezquiaga.
A outra vantagem deste método, disseram os autores, é que há menos incertezas criadas por lacunas no nosso conhecimento científico. "Utilizando toda a população de buracos negros, o método pode calibrar-se a si próprio, identificando e corrigindo diretamente os erros", disse Holz. Os outros métodos utilizados para calcular a constante de Hubble dependem da nossa compreensão atual da física das estrelas e das galáxias, que envolve muita física e astrofísica complexas. Isto significa que as medições podem ser um tanto ou quanto desajustadas caso exista algo que ainda não sabemos.
Em contraste, este novo método que recorre aos buracos negros baseia-se quase exclusivamente na teoria da gravidade de Einstein, teoria científica esta que está bem estudada e que se tem erguido contra todas as formas que os cientistas têm usado para a testar até à data.
Quanto mais leituras tiverem de todos os buracos negros, mais precisa será esta calibração. "Precisamos, de preferência, de milhares destes sinais, o que deveremos ter dentro de alguns anos, e ainda mais na próxima década ou duas", disse Holz. "Nessa altura, será um método incrivelmente poderoso para aprender mais sobre o Universo".
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