Fixar a taxa exata de expansão, chamada de constante de Hubble, em homenagem ao astrônomo Edwin Hubble que descobriu que o Universo estava se expandindo, tem sido surpreendentemente difícil. Desde então, os cientistas usaram dois métodos para calcular o valor que apresentaram resultados angustiantemente diferentes. Mas a surpreendente captura de ondas gravitacionais, irradiado de uma colisão de estrelas de nêutrons, ofereceu uma terceira forma de calcular a constante de Hubble.
Em um novo estudo publicado em 17 de outubro na Nature, três cientistas da Universidade de Chicago estimaram que, com base na primeira detecção rápida do LIGO de uma primeira colisão de estrelas de nêutrons, eles poderiam ter uma medição muito precisa da constante de Hubble dentro de cinco a dez anos.
"A constante de Hubble nos diz o tamanho e a idade do Universo; tem sido um santo graal desde o nascimento da Cosmologia. Calcular isso com ondas gravitacionais poderia nos dar uma perspectiva inteiramente nova do Universo", disse um autor do estudo, Daniel Holz. professor de física da Universidade de Chicago que foi co-autor do primeiro cálculo desse tipo a partir da descoberta de 2017. "A questão é: quando isso se transformará em mudança de jogo para a cosmologia?".
Em 1929, Edwin Hubble anunciou que, com base em suas observações de galáxias além da Via Láctea, elas pareciam estar se afastando de nós - e quanto mais distante a galáxia, mais rápido ela estava se afastando. Esta é uma pedra fundamental da teoria do Big Bang, e iniciou uma busca de quase um século pela taxa exata em que isso está ocorrendo.Para calcular a taxa na qual o Universo está se expandindo, os cientistas precisam de dois números. Uma é a distância até um objeto distante; o outro é o quão rápido o objeto está se afastando de nós por causa da expansão do Universo. Se você puder vê-lo com um telescópio, o segundo número é relativamente fácil de determinar, porque a luz que você vê quando olha para uma estrela distante é deslocada para o vermelho à medida que se afasta, o chamado efeito Doppler da luz. Os astrônomos têm usado esse truque por mais de um século para ver o quão rápido um objeto está se movendo - é como o efeito Doppler do som, no qual uma sirene muda de tom quando uma ambulância passa.
Mas obter uma medida exata da distância é muito mais difícil. Tradicionalmente, os astrofísicos usam uma técnica chamada escada da distância cósmica, na qual o brilho de certas estrelas variáveis e supernovas pode ser usado para construir uma série de comparações que alcancem o objeto em questão. "O problema é que, para chegar até lá, há muitos passos com muitas suposições ao longo do caminho", disse Holz.
Talvez as supernovas usadas como marcadores não sejam tão consistentes quanto se pensava. Talvez estejamos confundindo alguns tipos de supernovas com outras, ou há algum erro desconhecido em nossas medições de distâncias de estrelas próximas. "Há um monte de cálculos complicados que poderia causar diversos tipos de leitura", disse ele.
A outra maneira importante de calcular a constante de Hubble é olhar para o fundo de microondas cósmico - o pulso de luz criado no início do Universo, que ainda é pouco detectável. Embora também seja útil, esse método também se baseia em suposições sobre como o Universo funciona.
O surpreendente é que, embora os cientistas que fazem cada cálculo estejam confiantes sobre seus resultados, eles não correspondem. Um diz que o Universo está se expandindo quase 10% mais rápido que o outro. "Esta é uma questão importante em Cosmologia agora", disse o primeiro autor do estudo, Hsin-Yu Chen, então um estudante de pós-graduação na Universidade de Chicago e agora um membro da Iniciativa Black Hole da Universidade de Harvard.
Então os detectores LIGO captaram sua primeira ondulação no tecido do espaço-tempo a partir da colisão de duas estrelas de nêutrons no ano passado. Isso não apenas empolgou os cientistas que trabalham no observatório, mas o próprio campo da astronomia: ser capaz de detectar a onda gravitacional e enxergar a luz das colisões com um telescópio deu aos cientistas uma nova e poderosa ferramenta.
As ondas gravitacionais oferecem uma maneira completamente diferente de calcular a constante de Hubble. Quando duas estrelas massivas colidem umas com as outras, elas emitem ondulações no tecido do espaço-tempo que podem ser detectadas na Terra. Medindo esse sinal, os cientistas podem obter uma assinatura da massa e energia das estrelas em colisão. Quando eles comparam essa leitura com a força das ondas gravitacionais, eles podem inferir a que distância ela está.
Essa medida é mais limpa e contém menos suposições sobre o Universo, o que deve torná-la mais precisa, disse Holz. Juntamente com Scott Hughes no MIT, ele sugeriu a ideia de fazer essa medição com ondas gravitacionais emparelhadas com leituras de telescópio em 2005. A única questão é quantas vezes os cientistas poderiam capturar esses eventos e quão bons seriam os dados deles.
O artigo prevê que, uma vez que os cientistas tenham detectado 25 leituras de colisões de estrelas de nêutrons, eles medirão a expansão do universo com uma precisão de 3%. Com 200 leituras, esse número diminui para 1%.
"Foi uma grande surpresa para mim quando entramos nas simulações", disse Chen. "Ficou claro que poderíamos alcançar essa precisão e poderíamos fazer isso rapidamente".
Um novo número preciso para a constante de Hubble seria fascinante, não importando qual o valor, disseram os cientistas. Por exemplo, uma razão possível para a incompatibilidade nos outros dois métodos é que a natureza da gravidade em si pode ter mudado com o tempo. A leitura também pode lançar luz sobre a energia escura, uma força misteriosa responsável pela expansão do Universo.
"Na colisão que vimos no ano passado, nós tivemos sorte pois era perto de nós, por isso foi relativamente fácil de encontrar e analisar", disse Maya Fishbach, uma estudante graduada da Universidade de Chicago e outra autora do artigo. "As futuras detecções estarão muito mais distantes, mas assim que tivermos a próxima geração de telescópios, poderemos encontrar também contra partes para essas detecções distantes".
Os detectores LIGO estão planejados para iniciar uma nova corrida de observação em fevereiro de 2019, unidos por seus homólogos italianos do VIRGO. Graças a uma atualização, as sensibilidades dos detectores serão muito maiores - expandindo o número e a distância dos eventos astronômicos que eles podem captar. "Só vai ficar mais interessante a partir daqui", disse Holz.
Fonte: Space Daily via Universidade de Chicago
Comentários
Postar um comentário