Graças aos dados de uma supernova, uma equipa liderada por investigadores da Universidade do Minnesota utilizou com sucesso uma técnica inédita para medir o ritmo de expansão do Universo. Os seus dados fornecem uma visão sobre um debate de longa data no campo da astronomia e podem ajudar os cientistas a determinar com maior exatidão a idade do Universo e a compreender melhor o cosmos.
O trabalho está dividido em dois artigos científicos, publicados na revista Science e na revista The Astrophysical Journal.
Na astronomia, existem duas medições exatas da expansão do Universo, também designada por "contante de Hubble". Uma é calculada a partir de observações de supernovas próximas e a segunda utiliza a "radiação cósmica de fundo em micro-ondas", ou seja, a radiação que começou a fluir livremente pelo Universo pouco depois do Big Bang.
No entanto, estas duas medições diferem em cerca de 10%, o que tem provocado um debate generalizado entre físicos e astrónomos. Se ambas as medições forem exatas, isso significa que a atual teoria dos cientistas sobre a composição do Universo está incompleta.
"A grande questão é se existe um possível problema com uma ou ambas as medições. A nossa investigação aborda essa questão utilizando uma forma independente e completamente diferente de medir o ritmo de expansão do Universo", disse Patrick Kelly, autor principal de ambos os artigos e professor assistente na Faculdade de Ciências e Engenharia da Universidade do Minnesota.
A equipa conseguiu calcular este valor utilizando dados de uma supernova descoberta por Kelly em 2014 - o primeiro exemplo de uma supernova com imagens múltiplas, o que significa que o telescópio captou quatro imagens diferentes do mesmo evento cósmico. Após a descoberta, equipas de todo o mundo previram que a supernova reapareceria numa nova posição em 2015, e a equipa da Universidade do Minnesota detetou esta imagem adicional.
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Ampliação da imagem anterior que mostra a configuração e os tempos de chegada de múltiplas imagens da supernova (SN Refsdal) no campo do enxame de galáxias MACS J1149. (A) mostra as três imagens completas da galáxia hospedeira de SN Refsdal, com as legendas "Late 1990s", "Late 2014" e "Late 2015" produzidas pela lente do enxame em primeiro plano. De acordo com os modelos, a supernova apareceu pela primeira vez como a imagem SY no canto superior esquerdo no final da década de 1990, mas não foram adquiridas nessa altura imagens profundas do campo. Em novembro de 2014, as imagens S1-S4 foram observadas numa configuração cruzada de Einstein. As equipas de modelagem previram que a supernova reapareceria pela última vez na imagem SX, que foi detetada no final de 2015.
Crédito: NASA, ESA, S. Rodney (Universidade John Hopkins, EUA) e Equipa FrontierSN; T. Treu (Universidade da Califórnia em Los Angeles, EUA), P. Kelly (Universidade da Califórnia em Berkeley, EUA) e equipa GLASS; J. Lotz (STScI) e Equipa Frontier Fields; M. Postman (STScI) e equipa CLASH; e Z. Levay (STScI); Kelly et al., 2023 |
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Estas imagens múltiplas apareceram porque a supernova sofreu o efeito de lente gravitacional de um enxame de galáxias, um fenómeno em que a massa do enxame curva e amplia a luz. Utilizando os atrasos temporais entre o aparecimento das imagens de 2014 e 2015, os investigadores conseguiram medir a constante de Hubble utilizando uma teoria desenvolvida em 1964 pelo astrónomo norueguês Sjur Refsdal, que tem sido impossível de pôr em prática.
As descobertas dos investigadores não resolvem absolutamente o debate, disse Kelly, mas fornecem mais informações sobre o problema e aproximam os físicos da obtenção da medição mais exata da idade do Universo.
"A nossa medição está mais de acordo com o valor da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, embora - dadas as incertezas - não exclua a medição da escada de distâncias local", disse Kelly. "Se as observações de futuras supernovas que também sofrem o efeito de lente gravitacional por enxames produzirem um resultado semelhante, isso identificaria um problema com o valor atual das supernovas próximas, ou com a nossa compreensão da matéria escura nos enxames de galáxias".
Usando os mesmos dados, os investigadores descobriram que alguns modelos atuais da matéria escura dos enxames galácticos eram capazes de explicar as suas observações das supernovas. Isto permitiu-lhes determinar os modelos mais precisos para a localização da matéria escura no enxame de galáxias, uma questão que há muito importuna os astrónomos.
// Universidade do Minnesota (comunicado de imprensa)
// Universidade de Portsmouth (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (Science)
// Artigo científico #1 (arXiv.org)
// Artigo científico #2 (The Astrophysical Journal)
// Artigo científico #2 (arXiv.org)
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SN Refsdal:
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A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Lei de Hubble (Wikipedia)
Determinando a constante de Hubble (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
"Escada" de distâncias cósmicas (Wikipedia)
Matéria escura:
Wikipedia |
