MEDINDO A EXPANSÃO DO UNIVERSO: INVESTIGADORES FOCAM-SE NA IMPORTÂNCIA DA VELOCIDADE 6 de novembro de 2020
Em ambas as observações o desvio para o vermelho é medido a partir da claridade da supernova. Mas na observação 2 (Galáxia 2) a medição é feita com base no material ejetado da explosão. As medições da Galáxia 2 tornam-se mais incertas dado que não sabemos exatamente, em cada caso, a velocidade a que a supernova liberta o material. No entanto, ainda se obtém esta medição para obter o máximo de dados possíveis.
Crédito: Instituto Niels Bohr, Universidade de Copenhaga
Desde que o astrónomo Edwin Hubble demonstrou que quanto mais distantes duas galáxias estão uma da outra, mais rápido se afastam uma da outra, os investigadores mediram o ritmo de expansão do Universo (a constante de Hubble) e a história desta expansão. Recentemente, surgiu um novo quebra-cabeças, pois parece haver uma discrepância entre as medições desta expansão usando radiação do início do Universo e usando objetos próximos. Investigadores do Cosmic Dawn Center, do Instituto Niels Bohr e da Universidade de Copenhaga contribuíram agora para este debate concentrando-se em medições de velocidade. O resultado foi publicado na revista The Astrophysical Journal.
Os investigadores do Cosmic Dawn Ceter descobriram que as medições da velocidade usadas para determinar o ritmo de expansão do Universo podem não ser confiáveis. Conforme afirmado na publicação, isto não resolve as discrepâncias, mas sugere uma consistência adicional na composição do Universo.
Medindo o ritmo de expansão do Universo
Atualmente, os astrónomos medem a expansão do Universo usando duas técnicas muito diferentes. Uma é baseada na medição da relação entre a distância e a velocidade de galáxias próximas, enquanto a outra tem origem no estudo da radiação de fundo do início do Universo. Surpreendentemente, estas duas abordagens atualmente resultam em valores diferentes para o ritmo de expansão. Se esta discrepância for real, como consequência será necessária uma nova e bastante dramática reinterpretação do desenvolvimento do Universo. No entanto, também é possível que a diferença na constante de Hubble possa surgir de medições incorretas. É difícil medir distâncias no Universo, de modo que muitos estudos se têm concentrado em melhorar e recalibrar as medições de distância. Mas, apesar disto, nos últimos 4 anos a discrepância não ficou resolvida.
A velocidade das galáxias remotas é fácil de medir - ou assim pensávamos
No artigo científico recente, os investigadores do Cosmic Dawn Center tentam agora esclarecer um problema relacionado: a medição da velocidade. Dependendo da velocidade com que um objeto remoto se afasta de nós, a sua luz é desviada para cores mais vermelhas. Com este denominado desvio para o vermelho é possível medir a velocidade a partir de um espetro de uma galáxia remota. Ao contrário das medições de distância, até agora presumia-se que as velocidades eram relativamente fáceis de medir.
No entanto, quando os investigadores examinaram recentemente as medições de distância e velocidade de mais de 1000 supernovas (explosões de estrelas) recolhidas durante os últimos 25 anos, encontraram uma discrepância surpreendente nos seus resultados. Albert Sneppen, estudante de mestrado no Instituto Niels Bohr, explica: "Sempre pensámos que a medição das velocidades era bastante simples e precisa, mas na verdade estamos a lidar com dois tipos de desvios para o vermelho".
O primeiro tipo, medindo a velocidade com que a galáxia hospedeira se afasta de nós, é considerado o mais confiável. O outro tipo de medição do desvio para o vermelho mede, ao invés, a velocidade da matéria ejetada da explosão estelar dentro da galáxia. Ou, mais precisamente, a matéria da supernova que se move na nossa direção a uma pequena percentagem da velocidade da luz. Depois de compensar este movimento extra, o desvio para o vermelho - e a velocidade - da galáxia hospedeira podem ser determinados. Mas esta compensação requer um modelo preciso da explosão. Os investigadores foram capazes de determinar que os resultados destas duas técnicas diferentes resultam em duas histórias de expansão diferentes para o Universo e, portanto, também em duas composições diferentes.
Será que as coisas estão "partidas de uma maneira interessante?"
Então, será que isto significa que as medições do Universo primitivo e as medições mais recentes são, em última análise, uma questão de medições imprecisas de velocidade? Provavelmente não, diz Bidisha Sen, uma das autoras do artigo. "Mesmo que usemos os desvios para o vermelho mais confiáveis, as medições das supernovas não só continuam a discordar da constante de Hubble medida no início do Universo - como também sugerem uma discrepância mais geral em relação à composição do Universo," diz.
Charles Steinhardt, professor associado no Instituto Niels Bohr, está intrigado com estes novos resultados. "Se estamos realmente a lidar com duas divergências, isso significa que o nosso modelo atual está 'partido de uma maneira interessante'", diz. "Para resolver os dois problemas, um sobre a composição do Universo e outro sobre o ritmo de expansão do Universo, são necessárias explicações físicas bastante diferentes do que se quiséssemos explicar apenas uma única discrepância no ritmo de expansão."
O trabalho científico continua no NOT
Com o NOT (Nordic Optical Telescope) na ilha Gran Canaria, os investigadores estão agora a obter novos desvios para o vermelho das galáxias hospedeiras. Quando compararem estes resultados com os desvios para o vermelho baseados nas supernovas, serão capazes de ver se as duas técnicas permanecem diferentes. "Aprendemos que estas medições sensíveis requerem medições precisas de velocidade e podem ser obtidas com novas observações," explica Steinhardt.
Valores estimados para a constante de Hubble entre 2001 e 2019. As estimativas a preto representam medições calibradas da escada cósmica de distâncias que tendem a agupar-se em torno dos 73 km/s/Mpc, o vermelho representa as medições do fundo cósmico de microondas que mostram uma boa concordância perto dos 67 km/s/Mpc, enquanto as azuis são outras técnicas, cujas incertezas ainda não são pequenas o suficiente para decidir entre os dois.
Crédito: Wikipedia
