Aumentam indícios de que constante de Hubble não seja constante

Redação do Site Inovação Tecnológica - 31/05/2021

Os novos cálculos se basearam na observação de supernovas, como a 1994D, que aparece no canto inferior esquerdo da galáxia NGC 4526.
[Imagem: ESA/Hubble]

Constante de Hubble

Desde que Georges Lemaitre descobriu a expansão do Universo, em 1927, confirmada por Edwin Hubble em 1929, que os astrônomos tentam medir o valor dessa expansão, um indicador hoje conhecido como "constante de Hubble".

Contudo, tem persistido uma discrepância nessa velocidade conforme ela é medida usando as observações do Universo inicial, muito antigo, e as observações do Universo atual.

No início da existência do Universo, a luz se movia através do plasma - não havia estrelas ainda - e de oscilações semelhantes às ondas sonoras. A constante de Hubble calculada a partir dessa radiação cósmica de fundo chega a um resultado de 67 km/s/Mpc (quilômetros por segundo por megaparsec), o que significa que o Universo se expandia cerca de 67 km/s mais rápido a cada 3,26 milhões de anos-luz (um parsec).

Mas o resultado é diferente quando se observa o Universo depois que as estrelas nasceram, as galáxias se formaram e apareceram explosões chamadas supernovas, eventos extremos relacionados ao fim da vida de uma estrela. Com base nessas observações, a constante de Hubble fica em torno de 74 km/s/Mpc. Essa teimosa discrepância é conhecida hoje como "tensão de Hubble".

Havia uma expectativa de que um mapa 3D do Universo elucidaria a aceleração da expansão cósmica, mas os resultados não foram os esperados.
[Imagem: Anand Raichoor (EPFL)/Ashley Ross (OSU)/SDSS]

Supernovas Ia e desvio para o vermelho

Em busca de soluções para essa tensão de Hubble, uma equipe internacional de astrônomos analisou um banco de dados de mais de 1.000 explosões dessas supernovas - cujas medições sustentam o valor de 74 - e chegaram à conclusão de que a constante de Hubble pode não ser realmente constante.

Em vez disso, o valor pode mudar com base na expansão do Universo, crescendo à medida que o Universo se expande. Essa explicação provavelmente requer uma "nova física" para explicar a taxa crescente de expansão, como uma versão modificada da gravidade de Einstein.

Os astrônomos concentraram sua atenção em uma classe de supernovas chamadas Tipo Ia, conhecidas como "farol padrão", que funcionam como uma série de faróis que usam a mesma lâmpada: Quando conhecemos sua luminosidade, podemos calcular sua distância observando sua intensidade no céu.

Em seguida, os astrônomos usaram o chamado desvio para o vermelho para calcular como a taxa de expansão do Universo pode ter aumentado ao longo do tempo - desvio para o vermelho é o fenômeno que ocorre quando a luz se estende conforme o Universo se expande; conforme as ondas se esticam, a cor da luz muda, tendendo para o vermelho.

A essência da observação original de Lemaitre e Hubble é que, quanto mais longe do observador, mais o comprimento de onda se torna alongado, o que faz com que o desvio para o vermelho e a distância estejam relacionados.

Tentativas recentes de compreender melhor o Universo chegaram a questões interessantes, como se o Universo tem um Norte e um Sul e se o Universo é plano ou esférico.
[Imagem: Konstantinos Migkas et al. - 10.1051/0004-6361/201936602]

Inconstante de Hubble

A diferença neste novo estudo é que ele leva em conta o fato de que cada categoria de estrelas tem um valor de referência fixo de desvio para o vermelho. Comparando os valores de cada categoria de estrelas, os pesquisadores calcularam a constante de Hubble para cada uma das diferentes categorias.

A seguir, eles separaram essas estrelas com base em intervalos de desvio para o vermelho, colocando as estrelas em um intervalo de distância em um "compartimento", depois um número igual de estrelas no próximo intervalo de distância em outro compartimento e assim por diante. Quanto mais perto o compartimento está da Terra, mais jovens são as estrelas.

"Se [a constante de Hubble] fosse uma constante, então ela não deveria ser diferente quando a extraímos de caixas de distâncias diferentes. Mas nosso principal resultado é que ela realmente muda com a distância. A tensão da constante de Hubble pode ser explicada por alguma dependência intrínseca dessa constante com a distância dos objetos que você usa," explicou Enrico Rinaldi, da Universidade de Michigan, nos EUA.

Além disso, os astrônomos descobriram que sua análise da constante de Hubble mudando com o desvio para o vermelho permite que eles "conectem" o valor da constante medida no início do Universo com os valores obtidos com dados do Universo mais recente, criando uma curva de aumento contínuo, e não mais o degrau entre 67 e 74 km/s/Mpc.

"Os parâmetros extraídos ainda são compatíveis com o entendimento cosmológico padrão que temos," disse Rinaldi. "Mas desta vez eles apenas mudam um pouco conforme mudamos a distância, e essa pequena mudança é o suficiente para explicar por que temos essa tensão."

A equipe afirma que pode haver várias explicações possíveis para essa aparente mudança na constante de Hubble, uma delas sendo a possibilidade de vieses observacionais na amostra de dados usada em cada caso.

Para ajudar a corrigir possíveis vieses, os astrônomos já estão usando um instrumento especial (Hyper Suprime-Cam), instalado no telescópio Subaru, no Japão, para observar supernovas mais fracas em uma ampla área do céu. Os dados deste instrumento vão aumentar a amostra de supernovas observadas de regiões remotas e reduzir a incerteza nos dados.

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