‘Nosso modelo de cosmologia pode ser quebrado’: novo estudo revela que o universo está se expandindo rápido demais para que a física possa explicar
A tensão do Hubble ficou ainda mais tensa – com novas medições revelando que o Universo está a expandir-se mais rapidamente do que a nossa compreensão atual da física pode explicar.
Na última década, a cosmologia esteve envolvida em uma crise crescente. Alimentando-o estão observações, feitas pela primeira vez pelo Telescópio Espacial Hubble e mais tarde pelo Telescópio Espacial James Webbque o universo está se expandindo em taxas diferentes dependendo de onde os astrônomos olham.
Agora, novos resultados usando um enxame de galáxias no nosso próprio quintal cósmico confirmaram ainda mais a discrepância, abrindo a cosmologia para uma grande reescrita. Os pesquisadores publicaram suas descobertas em 15 de janeiro em As cartas do jornal astrofísico.
“A tensão agora se transforma em crise”, autor principal Dan Scolnicprofessor de física na Duke University, disse em um comunicado. “Isso significa, até certo ponto, que nosso modelo de cosmologia pode ser quebrado.”
Existem dois métodos padrão-ouro para calcular a constante de Hubble – o valor que quantifica a velocidade de expansão do universo. A primeira é obtida medindo pequenas flutuações na radiação cósmica de fundo (CMB) – um instantâneo antigo da primeira luz do universo contida na estática de microondas produzida apenas 380.000 anos após a Big Bang.
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O segundo método opera em distâncias mais próximas (na vida posterior do universo) usando estrelas pulsantes chamadas Variáveis cefeidas. As estrelas Cefeidas estão morrendo lentamente e suas camadas externas de gás hélio crescem e encolhem à medida que absorvem e liberam radiação, fazendo-as piscar como lâmpadas de sinalização distantes.
À medida que as Cefeidas ficam mais brilhantes, elas pulsam mais lentamente, permitindo aos astrónomos medir o brilho intrínseco das estrelas. Comparando o brilho real das estrelas com o brilho observado na Terra e usando supernovas do Tipo Ia (que explodem com a mesma luminosidade em todos os lugares) como âncoras, os astrônomos podem encadear as leituras das Cefeidas em um “escada de distância cósmica“para olhar mais profundamente no passado do universo.
Mas é aqui que começa a dor de cabeça. Usando o da Agência Espacial Europeia Planck para medir CMB, os cosmólogos obtiveram uma constante de Hubble de aproximadamente 67 quilômetros por segundo por megaparsec (km/s/Mpc).
Este resultado, ao lado outras medições do universo primitivoalinhado com as previsões feitas pelo modelo padrão de cosmologia. Mas foi rapidamente contrariado pelas medições da escada de distância Cefeida que revelaram uma taxa de expansão de 73 km/s/Mpc – um valor muito fora da faixa de erro das medições de Planck, e uma indicação clara de que o universo está se expandindo muito mais rápido do que a teoria. autorizações.
Os astrônomos ofereceram várias explicações para a causa do desacordo, com alguns tentando descobrir possíveis erros sistemáticos dentro dos resultados. Entretanto, outros reforçaram ainda mais a tensão com cada vez mais preciso medições de escada de distância.
Para investigar ainda mais a tensão, a equipe por trás do novo estudo usou uma escada de distância feita com dados retirado do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), que identifica as posições mensais de milhões de galáxias para estudar como o universo se expandiu até os dias atuais.
No entanto, embora os dados originais do DESI tenham produzido um resultado igualmente preocupante para o modelo padrão de cosmologia – uma constante de Hubble de 76,05 km/s/Mpc, ainda mais fora da faixa de erro das medições de Planck – incertezas sobre a distância até o primeiro degrau da sua escada no aglomerado de galáxias Coma próximo turvou as descobertas.
“A colaboração do DESI fez a parte realmente difícil, faltava o primeiro degrau da escada deles”, disse Scolnic. “Eu sabia como obtê-lo e sabia que isso nos daria uma das medições mais precisas da constante de Hubble que poderíamos obter, por isso, quando o artigo deles foi publicado, larguei absolutamente tudo e trabalhei nisto sem parar.”
Para confirmar a estimativa do DESI, Scolnic e a sua equipa estudaram 12 supernovas diferentes do Tipo Ia espalhadas pelo aglomerado Coma. Eles descobriram que o aglomerado está situado a cerca de 320 milhões de anos-luz da Terra – uma estimativa que caiu no meio de medições anteriores feitas no último meio século.
Com seu primeiro degrau mais firmemente fixado, a escada de distância atualizada retornou um resultado de 76,5 km/s/Mpc, confirmando ainda mais a tensão e seu potencial para desfazer o modelo padrão da cosmologia. No entanto, o que poderia substituir ou modificar a teoria de 40 anos permanece obscuro.
“Chegamos a um ponto em que pressionamos fortemente os modelos que usamos há duas décadas e meia e vemos que as coisas não estão combinando”, diz Scolnic. “Isso pode estar remodelando a forma como pensamos sobre o Universo, e é emocionante! Ainda há surpresas na cosmologia, e quem sabe quais descobertas virão a seguir?”
