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Graças aos dados de uma supernova ampliada e com múltiplas imagens, uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities usou com sucesso uma técnica inédita para medir a taxa de expansão do Universo. Seus dados fornecem informações sobre um debate de longa data no campo e podem ajudar os cientistas a determinar com mais precisão a idade do Universo e entender melhor o cosmos.
O trabalho está dividido em dois artigos, publicados respectivamente na Ciênciaum dos principais periódicos acadêmicos revisados por pares do mundo, e O Jornal Astrofísicouma revista científica de astrofísica e astronomia revisada por pares.
Na astronomia, existem duas medições precisas da expansão do Universo, também chamadas de “constante de Hubble”. Um é calculado a partir de observações próximas de supernovas, e o segundo usa o “fundo cósmico de micro-ondas”, ou radiação que começou a fluir livremente pelo Universo logo após o Big Bang.
No entanto, essas duas medições diferem em cerca de 10%, o que causou um amplo debate entre físicos e astrônomos. Se ambas as medições forem precisas, isso significa que a teoria atual dos cientistas sobre a composição do universo está incompleta.
“Se medições novas e independentes confirmarem esse desacordo entre as duas medições da constante de Hubble, isso se tornará uma brecha na armadura de nossa compreensão do cosmos”, disse Patrick Kelly, principal autor de ambos os artigos e professor assistente na Universidade. da Escola de Física e Astronomia de Minnesota. “A grande questão é se existe um possível problema com uma ou ambas as medições. Nossa pesquisa aborda isso usando uma maneira independente e completamente diferente de medir a taxa de expansão do Universo.”
A equipe liderada pela Universidade de Minnesota conseguiu calcular esse valor usando dados de uma supernova descoberta por Kelly em 2014 – o primeiro exemplo de uma supernova com imagens múltiplas, o que significa que o telescópio capturou quatro imagens diferentes do mesmo evento cósmico. Após a descoberta, equipes de todo o mundo previram que a supernova reapareceria em uma nova posição em 2015, e a equipe da Universidade de Minnesota detectou essa imagem adicional.
Essas múltiplas imagens apareceram porque a supernova foi gravitacionalmente ampliada por um aglomerado de galáxias, um fenômeno no qual a massa do aglomerado se curva e amplia a luz. Usando os atrasos entre as aparições das imagens de 2014 e 2015, os pesquisadores conseguiram medir a Constante de Hubble usando uma teoria desenvolvida em 1964 pelo astrônomo norueguês Sjur Refsdal que antes era impossível de colocar em prática.
As descobertas dos pesquisadores não resolvem absolutamente o debate, disse Kelly, mas fornecem mais informações sobre o problema e aproximam os físicos da obtenção da medição mais precisa da idade do Universo.
“Nossa medição favorece o valor da radiação cósmica de fundo, embora não esteja em forte desacordo com o valor da supernova”, disse Kelly. “Se as observações de supernovas futuras que também são gravitacionalmente ampliadas por aglomerados produzirem um resultado semelhante, isso identificaria um problema com o valor atual da supernova ou com nossa compreensão da matéria escura do aglomerado de galáxias”.
Usando os mesmos dados, os pesquisadores descobriram que alguns modelos atuais de matéria escura de aglomerados de galáxias foram capazes de explicar suas observações das supernovas. Isso permitiu que eles determinassem os modelos mais precisos para a localização da matéria escura no aglomerado de galáxias, uma questão que há muito atormenta os astrônomos.
Esta pesquisa foi financiada principalmente pela NASA através do Space Telescope Science Institute e da National Science Foundation.
Além de Kelly, a equipe incluiu pesquisadores do Minnesota’s Minnesota Institute for Astrophysics; a Universidade da Carolina do Sul; a Universidade da Califórnia, Los Angeles; Universidade de Stanford; o Instituto Federal Suíço de Tecnologia de Lausanne; Universidade Sorbonne; a Universidade da Califórnia, Berkeley; a Universidade de Toronto; Universidade Rutgers; a Universidade de Copenhague; a Universidade de Cambridge; o Instituto Kavli de Cosmologia; Universidade Ben-Gurion do Negev; Universidade do País Basco; a Universidade da Cantábria; Consejo Superior de Investigaciones Cientificas (Conselho Nacional de Pesquisa da Espanha); os Observatórios da Carnegie Institution for Science; a Universidade de Portsmouth; Universidade de Durham; a Universidade da Califórnia, Santa Bárbara; a Universidade de Tóquio; o Instituto de Ciência do Telescópio Espacial; o Instituto Leibniz de Astrofísica Potsdam; a Universidade de Michigan; Universidade Nacional Australiana; Universidade Stony Brook; Universidade de Heidelberg; e Universidade de Chiba.
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