Solucionado: o mistério da expansão do universo

Por , em 10.03.2020

O universo está expandindo. Mas a que velocidade? Até agora, dois cálculos independentes e igualmente precisos chegaram a resultados diferentes entre si por até 10%.

Agora, uma nova abordagem desenvolvida por um físico teórico da Universidade de Genebra (Suíça) fez o que parecia impossível: reconciliou esses estudos sem precisar criar hipóteses de física desconhecida.

A expansão do universo

A proposta de que o universo está se expandindo desde o seu início foi feita pela primeira vez pelo físico belga Georges Lemaître, e mais tarde demonstrada pelo astrônomo americano Edwin Hubble. Em 1929, ele descobriu que toda galáxia está se afastando da Via Láctea, e que as mais distantes estão se movendo mais rapidamente.

Isso indica que houve um tempo no passado em que todas as galáxias estavam localizadas no mesmo ponto, e esse tempo só pode corresponder ao Big Bang.

Este campo de pesquisa deu origem ao que chamamos de “lei Hubble-Lemaître”, que inclui a constante de Hubble (H0). Essa constante, por sua vez, denota a taxa de expansão do universo.

As duas melhores estimativas da H0 atualmente são de 67,4 (km/s)/Mpc e 74(km/s)/Mpc, o que significa que o universo está se expandindo 67,4 ou 74 quilômetros por segundo mais rapidamente a cada 3,26 milhões de anos-luz.

Os cálculos

Conforme os dois resultados para a H0 acima demonstram, existem duas hipóteses principais para determinar a taxa pela qual o universo está expandindo: uma baseada na radiação cósmica de fundo em micro-ondas e a outra na medição do brilho de supernovas distantes.

No primeiro estudo, os pesquisadores utilizaram dados precisos da missão espacial Planck – que coletou informações sobre a radiação de micro-ondas emitida na época que o universo se tornou frio o suficiente para a luz circular livremente, cerca de 370.000 anos após o Big Bang – e, levando em conta o fato de que o universo é homogêneo e isotrópico, chegaram ao valor de 67,4 (km/s)/Mpc para a H0 com base na teoria da relatividade geral de Einstein.

O segundo cálculo foi feito com base na medição do brilho de eventos de supernova que ocorrem esporadicamente em galáxias distantes. A luz dessas explosões é tão intensa que permite que os pesquisadores calculem a distância dos fenômenos e de outros objetos espaciais com precisão, uma abordagem que também tornou possível determinar o valor da H0 em 74 (km/s)/Mpc.

O desempate

Essas duas medições são as mais precisas já feitas da H0. Haveria um conflito irreconciliável entre elas? Estariam os cientistas perdidos? Precisariam eles de uma nova física, ainda desconhecida, para “desempatar” esses valores?

Para determinar se os valores são mesmo irreconciliáveis, Lucas Lombriser, professor de física teórica da Universidade de Genebra, utilizou a ideia de que o universo não é tão homogêneo quanto reivindicado.

Essa hipótese pode parecer óbvia em escalas relativamente modestas. Por exemplo, não há dúvida de que a matéria é distribuída de maneira diferente dentro de uma galáxia e fora dela.

É mais difícil, no entanto, imaginar flutuações na densidade média da matéria calculada em volumes milhares de vezes maiores que uma galáxia.

“Se estivéssemos em uma espécie de gigantesca ‘bolha’, onde a densidade da matéria fosse significativamente menor que a densidade conhecida para todo o universo, isso teria consequências nas distâncias das supernovas e, finalmente, na determinação da H0”, explicou Lombriser.

A hipótese

Basicamente, o que Lombriser fez foi imaginar uma “bolha de Hubble” grande o suficiente para englobar galáxias que serviriam como referência para medir distâncias.

Ao estabelecer um diâmetro de 250 milhões de anos-luz para tal bolha, o cientista calculou que, se a densidade de matéria dentro dela fosse 50% mais baixa que o resto do universo, um novo valor seria obtido para a H0, que em seguida concordaria com o valor obtido pela medição da radiação cósmica de micro-ondas, que assume que o universo é homogêneo.

Ou seja, os valores diferentes calculados até agora não são irreconciliáveis.

“A probabilidade de haver tal flutuação nessa escala é de uma em cada 20 a uma em cada 5, o que significa que não é fantasia de um teórico. Existem muitas regiões como a nossa no vasto universo”, concluiu Lombriser.

Um artigo sobre o estudo foi publicado na revista científica Physics Letters B. [Phys]

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6 comentários

  • JoseLuis Pereira Rebelo Fernandes:

    Observando o Universo local também é possível determinar a taxa de expansão do universo e que é H0 atualmente é de 64,228 (km/s)/Mpc.

  • Allan Medeiros:

    legal.

  • Leury Ribeiro:

    …4 possibilidades teóricas…1ª o Universo é estático…mesmo volume no Espaço desde sempre… …2ª…o Universo está se expandindo em M.R.U. …mesma taxa de crescimento de volume desde sempre… …3ª o Universo está se expandindo, mas em M.R.U.V. …então se divide em 2 sub possibilidades…aceleração constante ou aceleração variável…aí entra o Bóson de Higgs…Partícula de Deus etc etc…” nascer na Sepultura…morrer no ventre da mãe “…isso se atingisse um ponto de Inflexão e o tempo…após tender e atingir o valor de ZERO…começasse fluir em sentido inverso…e cm ele todos os fenômenos observáveis…Uma Breve História do Tempo…S. Hanking Ed. Rocco….4º …O Universo já expandiu o suficiente e já está se contraindo…a última parece mais razoável…bom dia

    • Cesar Grossmann:

      Agora entrou o Bóson de Higgs na história. Não tem ponto de inflexão, as forças que se opõe à expansão (basicamente a gravidade) não são suficientes para parar ou inverter a expansão, o Universo vai continuar em expansão. O livro “Uma Breve História do Tempo é de 1988. No final da década de 1990 se descobriu que a expansão do Universo está acelerando, ou seja, cada vez ele expande com mais velocidade.

  • Leury Ribeiro:

    4 possibilidades… …1ª …o Universo é estático…mesmo volume no espaço…= desde sempre… …2ª…o Universo está se expandindo, em M.R.U. … …3ª …o Universo está se expandindo, em M.R.U.V. … …4ª …o Universo já está se contraindo…a última parece mais razoável…bom dia

    • Cesar Grossmann:

      Por que a última “o universo já está se contraindo”, parece mais razoável, se todos os dados indicam que o Universo está em expansão e a expansão está acelerando? Mais ainda, que não vai ter contração? Por que o contrário do que os dados indicam seria mais razoável? Isso é como olhar o céu azul com sol brilhando e achar que está chovendo.

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