Uma análise liderada pela Universidade de Chicago que mede a taxa de expansão do universo conclui que pode não haver uma “tensão de Hubble”.
A “crise na cosmologia”, desencadeada por diferentes medições da expansão do universo, pode estar perto de uma resolução graças à Telescópio Espacial James Webb. Novos dados analisados por cientistas sugerem que a tensão de Hubble pode não ser tão severa quanto se pensava anteriormente. Isso pode significar que nosso modelo atual do universo continua preciso.
O debate sobre a taxa de expansão do universo
Sabemos muitas coisas sobre o nosso universo, mas os astrônomos ainda estão debatendo exatamente o quão rápido ele está se expandindo. Na verdade, nas últimas duas décadas, duas maneiras principais de medir esse número — conhecidas como a “constante de Hubble” — surgiram com respostas diferentes, levando alguns a se perguntarem se havia algo faltando em nosso modelo de como o universo funciona.
Novos insights do Telescópio Espacial James Webb
Mas novas medições do poderoso Telescópio Espacial James Webb parecem sugerir que pode não haver um conflito, também conhecido como “tensão de Hubble”, afinal.
Em um artigo submetido à Revista Astrofísica, Universidade de Chicago A cosmóloga Wendy Freedman e seus colegas analisaram novos dados coletados por NASApoderoso Telescópio Espacial James Webb. Eles mediram a distância de dez galáxias próximas e mediram um novo valor para a taxa na qual o universo está se expandindo no momento presente.
A sua medição, 70 quilómetros por segundo por megaparsecsobrepõe-se ao outro método principal para a constante de Hubble.
“Com base nesses novos dados do JWST e usando três métodos independentes, não encontramos evidências fortes para uma tensão de Hubble”, disse Freedman, um astrônomo renomado e professor de Astronomia e Astrofísica da Universidade John e Marion Sullivan na Universidade de Chicago. “Pelo contrário, parece que nosso modelo cosmológico padrão para explicar a evolução do universo está se mantendo.”
Tensão de Hubble?
Sabemos que o universo está se expandindo ao longo do tempo desde 1929, quando o ex-aluno da UChicago Edwin Hubble (SB 1910, PhD 1917) fez medições de estrelas que indicaram que as galáxias mais distantes estavam se afastando da Terra mais rápido do que as galáxias próximas. Mas tem sido surpreendentemente difícil determinar o número exato de quão rápido o universo está se expandindo no momento atual.
Este número, conhecido como constante de Hubble, é essencial para entender a história de fundo do universo. É uma parte fundamental do nosso modelo de como o universo está evoluindo ao longo do tempo.
“Confirmar a realidade da tensão constante de Hubble teria consequências significativas tanto para a física fundamental quanto para a cosmologia moderna”, explicou Freedman.
Diferentes abordagens para medição
Dada a importância e também a dificuldade de fazer essas medições, os cientistas as testam com diferentes métodos para garantir que sejam as mais precisas possíveis.
Uma abordagem importante envolve o estudo da luz remanescente do rescaldo do Big Bangconhecida como fundo cósmico de micro-ondas. A melhor estimativa atual da constante de Hubble com esse método, que é muito preciso, é de 67,4 quilômetros por segundo por megaparsec.
O segundo método principal, no qual Freedman é especialista, é medir a expansão de galáxias em nossa vizinhança cósmica local diretamente, usando estrelas cujos brilhos são conhecidos. Assim como as luzes dos carros parecem mais fracas quando estão longe, em distâncias cada vez maiores, as estrelas parecem cada vez mais fracas. Medir as distâncias e a velocidade com que as galáxias estão se afastando de nós nos diz o quão rápido o universo está se expandindo.
No passado, medições com esse método retornavam um número maior para a constante de Hubble, mais próximo de 74 quilômetros por segundo por megaparsec.
O quebra-cabeça da tensão de Hubble
Essa diferença é grande o suficiente para que alguns cientistas especulem que algo significativo pode estar faltando em nosso modelo padrão da evolução do universo. Por exemplo, já que um método olha para os primeiros dias do universo e o outro olha para a época atual, talvez algo grande tenha mudado no universo ao longo do tempo. Essa aparente incompatibilidade ficou conhecida como a “tensão de Hubble”.
Entre no Telescópio Espacial James Webb
O Telescópio Espacial James Webb ou JWST oferece à humanidade uma nova ferramenta poderosa para ver profundamente o espaço. Lançado em 2021, o sucessor do Telescópio Hubble tirou imagens incrivelmente nítidas, revelou novos aspectos de mundos distantes e coletou dados sem precedentes, abrindo novas janelas para o universo.
Freedman e seus colegas usaram o telescópio para fazer medições de dez galáxias próximas que fornecem uma base para a medição da taxa de expansão do universo.
Para verificar seus resultados, eles usaram três métodos independentes. O primeiro usa um tipo de estrela conhecida como estrela variável Cefeida, que varia previsivelmente em seu brilho ao longo do tempo. O segundo método é conhecido como “Ponta do Ramo das Gigantes Vermelhas” e usa o fato de que estrelas de baixa massa atingem um limite superior fixo para seus brilhos. O terceiro e mais novo método emprega um tipo de estrela chamada estrelas de carbono, que têm cores e brilhos consistentes no espectro de luz do infravermelho próximo. A nova análise é a primeira a usar todos os três métodos simultaneamente, dentro das mesmas galáxias.
Reavaliando a constante de Hubble
Em cada caso, os valores estavam dentro da margem de erro do valor fornecido pelo método da radiação cósmica de fundo de micro-ondas de 67,4 quilômetros por segundo por megaparsec.
“Para nós, obter um bom acordo de três tipos completamente diferentes de estrelas é um forte indicador de que estamos no caminho certo”, disse Freedman.
A constante de Hubble é essencial para entender a história do universo.
“Observações futuras com o JWST serão cruciais para confirmar ou refutar a tensão de Hubble e avaliar as implicações para a cosmologia”, disse o coautor do estudo Barry Madore, do Instituição Carnegie para Ciência e professores visitantes da Universidade de Chicago.
Referência: “Relatório de status sobre o Programa Hubble Chicago-Carnegie (CCHP): Três determinações astrofísicas independentes da constante de Hubble usando o Telescópio espacial James Webb” por Wendy L. Freedman, Barry F. Madore, In Sung Jang, Taylor J. Hoyt, Abigail J. Lee e Kayla A. Owens, 12 de agosto de 2024, Astrofísica > Cosmologia e Astrofísica Não Galáctica.
arXiv:2408.06153
Os outros autores do artigo foram o cientista pesquisador da UChicago, In Sung Jang, Taylor Hoyt (PhD’22, agora no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley) e os estudantes de pós-graduação da UChicago, Kayla Owens e Abby Lee.
Financiamento: NASA.
