Expansão da Universo: Tensão de Hubble transforma-se em crise da cosmologia

Redação do Site Inovação Tecnológica - 21/01/2025

A taxa de expansão do Universo vista nas observações não bate com aquela calculada pelas nossas teorias: Esta é a tensão de Hubble, que está virando uma crise da cosmologia.
[Imagem: KPNO/NOIRLab/NSF/AURA/P. Horálek]

Crise cosmológica

A grande crise que se instalou na astrofísica e na cosmologia neste início de século pode estar passando de uma simples "tensão" de Hubble, como os cientistas a chamam, para uma autêntica crise: Uma nova medição confirma que o Universo está se expandindo rápido demais em relação ao que os nossos modelos do Universo preveem.

Uma nova medição confirmou o que os resultados anteriores mostraram: o Universo está se expandindo mais rápido do que o previsto pelos modelos teóricos e mais rápido do que pode ser explicado por nossa compreensão atual da física. Rápido demais, até.

É essa discrepância entre teoria e dados observacionais que ficou conhecida como tensão de Hubble. Agora, os novos resultados fornecem um suporte ainda mais forte para a taxa mais rápida de expansão.

"A tensão agora se transformou em uma crise," disse o professor Dan Scolnic, da Universidade Duke, nos EUA.

A questão é complicada, mas pode ser entendida de uma forma mais simples: Sabemos qual era o tamanho do Universo no Big Bang, mas como ele chegou ao tamanho que tem agora? A imagem do Universo bebê é capturada observando o mais distante que pudermos, olhando as sementes primordiais das galáxias. A foto do Universo atual está bem por aqui, o chamado Universo local, que contém a Via Láctea e seus vizinhos.

Para ser "aderente" à realidade, o modelo padrão da cosmologia, chamado Lambda-CDM (Λ-CDM), deve então calcular a curva de crescimento que conecta as duas coisas. O problema é: As coisas não se conectam.

"Isso está dizendo, ao menos em alguma medida, que nosso modelo de cosmologia pode estar quebrado," disse Scolnic.

(Esquerda) Localizações das supernovas Ia identificadas como estando no aglomerado Coma (estrelas amarelas) e galáxias identificadas como estando no grupo Coma a partir do catálogo completo do grupo S24 Coma (círculos cinza claro), da amostra S24 FP (círculos azul escuro) e do catálogo do grupo T15 Coma (círculos azul claro). O centro do aglomerado é marcado em vermelho.
[Imagem: Daniel Scolnic et al. - 10.3847/2041-8213/ada0bd]

Escada de distâncias cósmicas

Medir o Universo requer uma escada cósmica, que é uma sucessão de métodos usados para medir as distâncias de objetos celestes, com cada método, ou "degrau", contando com o anterior para calibração.

A escada usada agora foi criada por uma equipe separada usando dados do Instrumento Espectral de Energia Escura (DESI), que observa mais de 100.000 galáxias todas as noites a partir do Observatório Nacional Kitt Peak, nos EUA.

Scolnic e seus colegas deram-se conta de que essa escada poderia ser ancorada mais perto da Terra, com uma distância mais precisa do Aglomerado Coma, um dos aglomerados de galáxias mais próximos de nós.

"A Colaboração DESI fez a parte realmente difícil, [mas] sua escada estava faltando o primeiro degrau," disse Scolnic. "Eu sabia como consegui-lo, e sabia que isso nos daria uma das medições mais precisas da 'constante de Hubble' [a taxa de aceleração da expansão do Universo] que poderíamos obter, então, quando o artigo deles saiu, larguei absolutamente tudo e trabalhei nisso sem parar."

Para obter uma distância precisa do aglomerado Coma, Scolnic e seus colegas usaram as curvas de luz de 12 supernovas Tipo Ia dentro do aglomerado. Assim como velas iluminando um caminho escuro, as supernovas Tipo Ia têm uma luminosidade previsível que se correlaciona com sua distância, tornando-as objetos confiáveis para cálculos de distância.

A equipe chegou a uma distância de cerca de 320 milhões de anos-luz, quase no centro do intervalo de distâncias relatado em 40 anos de estudos anteriores - um sinal reconfortante de sua precisão.

"Esta medição não sofre de um viés [eventualmente criado pelo] modo como nós acreditamos que a história da tensão de Hubble terminará," disse Scolnic. "Este aglomerado está em nosso quintal, foi medido muito antes de alguém saber o quão importante ele se tornaria."

Nem mesmo as observações mais completas do Webb conseguiram evitar a crise da teoria cosmológica.
[Imagem: NASA/ESA/Adam G. Riess et al. (2022)]

Ainda há surpresas na cosmologia

Usando essa medição de alta precisão como primeiro degrau, a equipe calibrou o resto da escada de distâncias cósmicas. Eles chegaram a um valor para a constante de Hubble de 76,5 quilômetros por segundo por megaparsec, o que significa essencialmente que o Universo local está se expandindo 76,5 quilômetros por segundo mais rápido a cada 3,26 milhões de anos-luz.

Esse valor bate com as medições existentes da taxa de expansão do Universo local. No entanto, como todos os seus equivalentes anteriores, calculados por outras equipes e usando outras técnicas, ele entra em conflito com as medições da constante de Hubble usando previsões do Universo distante, feitas usando nosso modelo cosmológico padrão.

Em outras palavras: O valor da constante de Hubble corresponde à taxa de expansão do Universo que outras equipes mediram recentemente, mas não como nossa compreensão atual da física prevê. A questão de longa data é: A falha está nas medições ou no modelo?

"Estamos em um ponto em que estamos pressionando muito os modelos que usamos há duas décadas e meia, e estamos vendo que as coisas não estão correspondendo," disse Scolnic. "Isso pode estar remodelando a maneira como pensamos sobre o Universo, e é emocionante! Ainda há surpresas na cosmologia, e quem sabe quais descobertas virão a seguir?"

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