Há muito tempo que sabemos que o Universo está em expansão. O primeiro artigo sólido demonstrando a expansão cósmica foi publicado por Edwin Hubble em 1929, baseado em observações feitas por Vesto Slipher, Milton Humason e Henrietta Leavitt. Por causa disso, a taxa de expansão cósmica é conhecida como constante de Hubble, ou parâmetro de Hubble, H0. A partir deste parâmetro, você pode calcular coisas como a idade do Universo desde o Big Bang, conhecendo assim o valor de H0 é central para nossa compreensão da cosmologia moderna.
No início, o valor medido do parâmetro Hubble variou amplamente. O valor inicial do Hubble foi da ordem de 500 (km/s)/Mpc. Na década de 1960, o valor caiu entre 50 e 90 (km/s)/Mpc, onde permaneceu durante a maior parte do século XX. Foi difícil ser mais preciso porque os nossos métodos de cálculo eram limitados. Tudo isso foi baseado no escada de distância cósmicaque utiliza uma série de observações para calcular distâncias cósmicas cada vez maiores, cada uma com base no método anterior. Mas nas últimas décadas ficamos muito bons nisso, e o valor do Hubble pareceu se estabilizar em torno de 70 (km/s)/Mpc. Depois disso, as coisas começaram a ficar… problemáticas.
Com satélites como WMAP e Planck, começamos a obter mapas de alta resolução da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. De flutuações neste contexto temos uma nova maneira de medir H0 e obtenha um valor de 67 – 68 (km/s)/Mpc. Ao mesmo tempo, observações de supernovas distantes e da escada de distância cósmica fixam o valor em 73 – 75 (km/s)/Mpc. Ambos os métodos são bastante precisos e, ainda assim, discordam totalmente. Esta discordância é agora conhecida como o problema da tensão de Hubble e é o mistério mais incômodo da cosmologia.
Não temos certeza do que causa a tensão do Hubble. Isso pode significar que um ou mais dos nossos métodos de observação são fundamentalmente falhos, ou pode significar que há algo sobre a energia escura e a expansão cósmica que realmente não entendemos. Mas os astrónomos geralmente concordam que uma forma de resolver este mistério é procurar formas de medir H0 que são independentes tanto da origem cósmica quanto da escada de distância cósmica. Um desses métodos envolve lentes gravitacionais.
As lentes gravitacionais ocorrem porque a gravidade distorce o espaço, o que significa que o caminho da luz pode ser desviado pela presença de uma grande massa. Assim, por exemplo, se uma galáxia distante estiver atrás de uma galáxia mais próxima do nosso ponto de vista, veremos uma visão gravitacionalmente distorcida da galáxia distante ou mesmo múltiplas imagens da galáxia. O interessante sobre o efeito de imagem múltipla é que a luz de cada imagem percorre um caminho diferente ao redor da galáxia mais próxima, cada uma com uma distância diferente. Como a velocidade da luz é finita, isso significa que cada imagem nos dá uma visão da galáxia em diferentes momentos da história.
Isso não importa muito para as galáxias, mas para as supernovas significa que as lentes gravitacionais podem nos permitir observar a mesma supernova várias vezes. Ao calcular o caminho de cada imagem de supernova podemos determinar a distância relativa de cada caminho, e ao cronometrar o aparecimento de cada imagem podemos determinar a distância real. Isto dá-nos uma medição que é independente da escala de distâncias cósmicas, proporcionando-nos uma nova forma de medir o parâmetro do Hubble. Este método foi usado algumas vezes, mas as incertezas dos valores do Hubble não eram pequenas o suficiente para resolver a tensão do Hubble. No entanto, um novo estudo utilizando este método é suficientemente preciso.
O estudo é baseado em imagens JWST de uma supernova Tipo Ia chamada SN H0pe. É uma das supernovas mais distantes já observadas e, graças ao aglomerado de galáxias menos distante G165, a equipe capturou três imagens de lente de SN H0pe. Com o tempo, o brilho observado e os caminhos calculados, a equipe calculou H0 ser 70 – 83 (km/s)/Mpc. Este ainda apresenta uma incerteza maior do que outros métodos, mas está de acordo com o método usual de escada de distância. Também discorda claramente do método cósmico de fundo em micro-ondas.
Apesar do H0pe, a tensão do Hubble é muito real. Na verdade, este novo resultado torna a questão ainda mais problemática. Há algo sobre a expansão cósmica que não entendemos, e agora está claro que melhores observações não resolverão este mistério por si só.
Referência: Pascale, Massimo, et al. “SN H0pe: A primeira medição de H0 de uma supernova tipo Ia com imagens múltiplas, descoberta pelo JWST.” Pré-impressão arXiv arXiv:2403.18902 (2024).
