O universo está expandindo mais rápido do que pensávamos e ninguém sabe a causa

Por , em 29.04.2019

As medições do Telescópio Espacial Hubble da NASA O que está acontecendo com o universo? Nova medição da expansão encontra valores maiores que o esperado que a taxa de expansão do universo moderno é mais rápida do que deveria.

Embora essa discrepância tenha sido identificada anos atrás, ainda não estava claro se poderia ser o resultado de um problema técnico.

Agora, astrônomos aumentaram o grau de precisão das medições, confirmando a discrepância, o que reforça o argumento de que novas teorias podem ser necessárias para explicar as forças que moldaram o cosmos.

Recapitulando a expansão do universo

O universo está ficando maior a cada segundo. O espaço entre as galáxias está se alongando, como uma massa crescendo no forno. Mas quão rápido isso está acontecendo?

Conforme o Hubble e outros telescópios tentam responder a essa pergunta, se deparam com uma intrigante diferença entre o que os cientistas predizem e o que observam.

As medições do Hubble sugerem uma taxa de expansão mais rápida do que o esperado, com base em como o universo surgiu há mais de 13 bilhões de anos. Essas medições do universo primordial vêm do satélite Planck, da Agência Espacial Europeia (ESA).

Será que essa diferença é devida a medições infelizes ou erros técnicos?

Não

Os últimos dados do Hubble, contudo, diminuem a possibilidade de que a discrepância seja um erro técnico para apenas 1 em 100.000.

Esta estimativa é bem melhor do que a anterior, de menos de um ano atrás, de uma chance em 3.000.

As medições mais precisas do Hubble reforçam a ideia de que uma nova física pode ser necessária para explicar a incompatibilidade.

“Esse descompasso chegou a um ponto que é realmente impossível descartá-lo como uma casualidade”, explica o pesquisador e ganhador do Nobel Adam Riess, do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial e da Universidade Johns Hopkins (EUA).

O estudo

Os cientistas usam uma “escada de distância cósmica” para determinar o quão longe as coisas estão no universo. Esse método depende de fazer medições precisas das distâncias de galáxias próximas e, em seguida, mover-se para galáxias cada vez mais distantes, usando suas estrelas como “marcadores”.

Os astrônomos usam esses números, juntamente com outras medidas da luz das galáxias, para calcular a rapidez com que o cosmos se expande com o tempo, um valor conhecido como constante de Hubble.

Riess e sua equipe estão em uma missão desde 2005 para refinar essas medições de distância e ajustar a constante de Hubble. No novo estudo, usaram o telescópio para observar 70 estrelas pulsantes chamadas de Cefeidas e melhorar a “escada de distância cósmica”. As observações levaram a equipe a reduzir a incerteza da constante para 1,9% de uma estimativa anterior de 2,2%.

Dados do Planck

Apesar disso, o cálculo da constante de Hubble permaneceu em desacordo com o valor esperado derivado das observações da expansão do início do universo.

Essas medições foram feitas pelo Planck, que mapeia o fundo cósmico de micro-ondas, um resquício de 380.000 anos após o Big Bang.

Esses dados foram cuidadosamente examinados, de modo que os astrônomos não podem atualmente ignorar a lacuna entre os dois resultados como devida a um erro em qualquer medida ou método. Ambos os valores já foram testados de várias maneiras.

“Não são apenas dois experimentos discordando”, explicou Riess. “Estamos medindo algo fundamentalmente diferente. Um é uma medida de quão rápido o universo está expandindo hoje, como o vemos. O outro é uma previsão baseada na física do universo primitivo e em medições de quão rápido ele deveria estar se expandindo. Se esses valores não estão de acordo, há uma forte probabilidade de que há alguma coisa que não conhecemos no modelo cosmológico que conecta as duas eras”.

Em detalhes

Os astrônomos têm usado as ​​Cefeidas como parâmetros cósmicos para medir as distâncias intergalácticas próximas por mais de um século. Mas tentar coletar dados de um monte dessas estrelas consumia tanto tempo que era quase inatingível.

No novo estudo, a equipe empregou um método diferente que usa o Hubble como uma câmera para capturar imagens rápidas dessas estrelas pulsantes extremamente brilhantes. Assim, ao invés de observar apenas uma Cefeida por cada órbita de 90 minutos do Hubble ao redor da Terra, os pesquisadores observaram grupos de Cefeidas próximas o suficiente umas das outras, coletando dados de uma dúzia a cada órbita. Cefeidas são tão brilhantes que só precisamos observá-las por dois segundos.

Os pesquisadores então combinaram seu resultado com outro conjunto de observações, feito pelo Projeto Araucária, uma colaboração entre astrônomos de instituições no Chile, nos EUA e na Europa. As medições combinadas ajudaram a refinar o verdadeiro brilho das Cefeidas, melhorando a “escada de distância cósmica”.

A nova estimativa da constante de Hubble é de 74 quilômetros por segundo por megaparsec. Isso significa que, a cada 3,3 milhões de anos-luz, uma galáxia parecerá se mover 74 quilômetros por segundo mais rápido, como resultado da expansão do universo.

O número indica que o universo está se expandindo a uma taxa 9% mais rápida do que a previsão de 67 quilômetros por segundo por megaparsec que vem das observações de Planck sobre o universo primordial, juntamente com nossa compreensão atual do universo.

Então, o que poderia explicar essa discrepância?

Uma explicação envolve a aparência inesperada de energia escura no universo jovem, chamada de “teoria da energia escura primitiva”. Hoje, acredita-se que a energia escura compreenda 70% do conteúdo do universo.

Já se acredita que a energia escura existiu durante os primeiros segundos após o Big Bang e empurrou a matéria pelo espaço, iniciando a expansão inicial, e também que é a razão para a expansão acelerada do universo hoje. O que essa teoria sugere é que houve um terceiro episódio de energia escura não muito depois do Big Bang, que expandiu o universo mais rapidamente do que os astrônomos previram.

Outra ideia é que o universo contém uma nova partícula subatômica que viaja perto da velocidade da luz. Tais partículas velozes são coletivamente chamadas de “radiação escura” e incluem partículas previamente conhecidas como neutrinos, que são criadas em reações nucleares e decaimentos radioativos.

Outra possibilidade interessante é que a matéria escura (uma forma invisível de matéria não composta de prótons, nêutrons e elétrons) interage mais fortemente com matéria normal ou radiação do que se supunha anteriormente.

Mas nenhuma dessas explicações é definitiva. A equipe de Riess pretende continuar a reduzir as incertezas na constante de Hubble para 1%, o que deve ajudar os astrônomos a identificar a verdadeira causa da discrepância.

Os resultados foram publicados em um artigo na revista científica The Astrophysical Journal. [Phys]

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