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Nos últimos anos, a astronomia tem-se visto numa certa crise: embora saibamos que o Universo se expande, e embora saibamos aproximadamente a que velocidade, as duas principais formas de medir esta expansão não coincidem. Agora, astrofísicos do Instituto Niels Bohr sugerem um novo método que pode ajudar a resolver esta tensão.
O Universo se expande
Sabemos disso desde que Edwin Hubble e outros astrônomos, há cerca de 100 anos, mediram as velocidades de uma série de galáxias vizinhas. As galáxias do Universo são “carregadas” umas das outras por esta expansão e, portanto, afastam-se umas das outras.
Quanto maior a distância entre duas galáxias, mais rapidamente elas se afastam, e a taxa precisa desse movimento é uma das quantidades mais fundamentais da cosmologia moderna. O número que descreve a expansão é conhecido pelo nome de “constante de Hubble”, aparecendo em inúmeras equações e modelos diferentes do Universo e dos seus constituintes.
Problema do Hubble
Para compreender o Universo devemos, portanto, conhecer a constante de Hubble com a maior precisão possível. Existem vários métodos para medi-lo; métodos que são mutuamente independentes, mas que felizmente dão quase o mesmo resultado.
Ou seja, quase…
O método intuitivamente mais fácil de compreender é, em princípio, o mesmo que Edwin Hubble e os seus colegas usaram há um século: localizar um conjunto de galáxias e medir as suas distâncias e velocidades. Na prática, isto é feito procurando galáxias com estrelas em explosão, as chamadas supernovas. Este método é complementado por outro método que analisa irregularidades nos chamados radiação cósmica de fundo; uma antiga forma de luz que remonta logo após o Big Bang.
Os dois métodos – o método da supernova e o método da radiação de fundo – sempre deram resultados ligeiramente diferentes. Mas qualquer medição traz consigo incertezas e, há alguns anos, as incertezas eram suficientemente substanciais para que pudéssemos culpá-las pela disparidade.
No entanto, à medida que as técnicas de medição melhoraram, as incertezas diminuíram e chegámos agora a um ponto em que podemos afirmar com um elevado grau de confiança que ambas não podem estar corretas.
A raiz deste “problema do Hubble” – quer se trate de efeitos desconhecidos que distorcem sistematicamente um dos resultados, quer se indique uma nova física ainda por descobrir – é actualmente um dos tópicos mais quentes da astronomia.
Dois métodos
A expansão do Universo é medida em “velocidade por distância” e é de pouco mais de 20 km/s por milhão de anos-luz. Isso significa que uma galáxia localizada a 100 milhões de anos-luz de distância se afasta de nós a 2.000 km/s, enquanto outra galáxia a 200 milhões de anos-luz de distância se afasta de nós a 4.000 km/s.
Mas usar supernovas para medir distâncias e velocidades de galáxias produz 22,7 ± 0,4 km/s, enquanto a análise da radiação de fundo do Universo produz 20,7 ± 0,2 km/s.
Pode parecer pernicioso preocupar-se com uma discordância tão pequena, mas, por exemplo, o número aparece no cálculo da idade do Universo, e os dois métodos produzem uma idade de 12,8 e 13,8 mil milhões de anos, respetivamente.
A queda de estrelas de nêutrons pode ajudar na resposta
Um dos maiores desafios reside em determinar com precisão as distâncias às galáxias. Mas num novo estudo, Albert Sneppen, estudante de doutoramento em astrofísica no Cosmic Dawn Center do Instituto Niels Bohr em Copenhaga, propõe um novo método para medir distâncias, ajudando assim a resolver a disputa em curso.
“Quando duas estrelas de nêutrons ultracompactas – que em si são restos de supernovas – orbitam uma à outra e finalmente se fundem, elas explodem em uma nova explosão; a chamada quilonova”, explica Albert Sneppen. “Recentemente demonstramos como esta explosão é notavelmente simétrica, e descobrimos que esta simetria não é apenas bonita, mas também incrivelmente útil.”
Num terceiro estudo que acaba de ser publicado, o prolífico estudante de doutoramento mostra que as quilonovas, apesar da sua complexidade, podem ser descritas por uma única temperatura. E acontece que a simetria e a simplicidade das quilonovas permitem aos astrónomos deduzir exactamente quanta luz emitem.
Comparando esta luminosidade com a quantidade de luz que chega à Terra, os investigadores podem calcular a que distância está a quilonova. Eles obtiveram assim um método novo e independente para calcular a distância até galáxias contendo quilonovas.
Darach Watson é professor associado do Cosmic Dawn Center e coautor do estudo. Ele explica: “As supernovas, que até agora têm sido usadas para medir as distâncias das galáxias, nem sempre emitem a mesma quantidade de luz. Além disso, primeiro exigem que calibremos a distância usando outro tipo de estrelas, as chamadas Cefeidas, que por sua vez também devem ser calibradas. Com as quilonovas podemos contornar essas complicações que introduzem incertezas nas medições.”
Confirma um dos dois métodos
Para demonstrar o seu potencial, os astrofísicos aplicaram o método a uma quilonova descoberta em 2017. O resultado é uma constante de Hubble mais próxima do método da radiação de fundo, mas se o método da quilonova pode resolver o problema do Hubble, os investigadores ainda não se atrevem a afirmar:
“Até agora só temos este estudo de caso e precisamos de muitos mais exemplos antes de podermos estabelecer um resultado robusto”, adverte Albert Sneppen. “Mas nosso método pelo menos contorna algumas fontes conhecidas de incerteza e é um sistema muito” limpo “para estudar. Não requer calibração, nem fator de correção.”
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