Velocidade de expansão do universo : cientistas discordam

expansion of the universe

– Notícias de 29 de outubro de 2019 –

A expansão do universo nem sempre teve a mesma velocidade

O universo está se expandindo, ou seja, todos os objetos que não são mantidos pela gravidade se afastam um do outro. A velocidade da expansão do universo está, contudo, sujeita a debate. Essa é uma das grandes questões da cosmologia. No modelo comumente aceito, a velocidade de expansão do universo tem sido variável ao longo do tempo.

No início de sua existência, o universo passaria por uma fase de inflação extrema que lhe permitiria crescer muito rapidamente. Em seguida, diminuiu a velocidade em um ritmo mais lento por causa do efeito gravitacional da matéria escura. Essa fase teria durado algumas centenas de milhares de anos. Desde então, a expansão do universo aceleraria novamente, desta vez sob a influência da energia escura.

A constante Hubble, um padrão para medir a velocidade de expansão do universo

Esta história se deve em parte às medições da Hubble Constant, um indicador que descreve a taxa de expansão do universo em um dado momento. O problema é que, dependendo dos instrumentos e métodos científicos utilizados, as medidas da Hubble Constant nem sempre concordam.

Alguns astrofísicos contam com observações do fundo cósmico de microondas (CMB), o fóssil da primeira luz do universo emitida quando o universo tinha 380.000 anos de idade. Isso permite estimar que a Hubble Constant é de 67 km/s por megaparsec. Isso significa que uma galáxia a 1 megaparsec, cerca de 6,5 milhões de anos-luz, se afasta de nós a 67 km/s, enquanto uma galáxia a 2 megaparsecs se move duas vezes mais rápido.

Estudo mostra que expansão do universo é mais rápida do que pensávamos

Quando se deseja fazer medições em galáxias reais mais ou menos distantes, obtém-se uma constante de Hubble igual a 74 km/s por megaparsec, e não 67 km/s. Quanto mais anos se passam, mais difícil é conciliar esses dois números. Testemunhe um novo estudo publicado por uma equipe de astrofísicos da Universidade da Califórnia. Graças ao telescópio espacial Hubble e ao observatório Keck, eles usaram um método que usa lentes gravitacionais.

O interessante é que, para evitar qualquer viés, eles conduziram um estudo às cegas, ou seja, esconderam o resultado até terem certeza de que eliminaram todas as fontes de erros. Como todos nós, os astrônomos podem estar sujeitos a vieses cognitivos. Eles podem inconscientemente ajustar um conjunto de dados para corresponder a um modelo cosmológico. Mas, apesar dessas precauções extras, seu resultado não resolve o dilema. Como todas as medições feitas localmente, elas obtêm uma constante do Hubble de 75 km/s por megaparsec.

Qual é a verdadeira velocidade da expansão do universo ?

Entre 67 km/s e 75 km/s, a diferença é grande demais para ser considerada uma margem de erro. Os astrofísicos são, portanto, confrontados com um dilema. Ou há um problema com a medição da taxa de expansão do universo adquirida graças ao fundo cósmico de microondas, que a maioria dos astrofísicos considera improvável, ou é necessário revisar o modelo padrão de cosmologia.

Por exemplo, as propriedades da energia escura podem ter mudado ao longo do tempo ou nossas observações são imprecisas demais. Vamos torcer para que a chegada de observatórios maiores e métodos cada vez mais eficientes resolvam esse quebra-cabeça. Mas se os astrônomos não são capazes de conciliar essas duas medidas, pode ser necessário revisitar em profundidade nossa história do universo.





Expansão do universo, energia escura : os desafios da DESI

– Notícias de 13 de outubro de 2019 –

A energia escura é um dos quebra-cabeças mais difíceis da física moderna. Durante vinte anos, uma série de medidas parece mostrar que a expansão do universo acelera com o tempo. Como nenhuma das quatro forças fundamentais permitidas pela física pode explicar esse fenômeno, até agora o fenômeno responsável por essa aceleração é chamado de energia negra.

Se não entendermos a energia escura, podemos pelo menos tentar medir seus efeitos. É por isso que o DESI foi criado. Este instrumento científico funcionará a partir do telescópio Mayall e seu espelho de 4 metros. O DESI observará dezenas de milhões de quasares e galáxias, o que deverá criar um mapa 3D do universo que abrange até 11 bilhões de anos-luz.

Esse mapa de tamanho e precisão sem precedentes deve nos permitir entender um pouco melhor como as grandes estruturas do universo são distribuídas, evoluídas e o papel desempenhado pela energia escura. Será uma oportunidade para testar complementos ou alternativas à relatividade geral. O DESI medirá com precisão as distâncias com base nos traços deixados pelas chamadas oscilações acústicas dos bárions, ou seja, nas impressões deixadas pelas ondas acústicas, pelo som, no plasma do universo. Este é o mesmo método que será usado pelo Observatório Espacial Europeu Euclides a partir do ponto L2 Lagrange do sistema Sol-Terra, a partir de 2022.

Os testes do DESI devem começar rapidamente. As equipes que trabalham no projeto esperam recuperar dados completos até 2025, o que pode fornecer uma melhor compreensão do que é chamado de energia escura.

Expansão do universo pode ser medida através de quasares

– Notícias de 5 de fevereiro de 2019 –

A energia escura é um dos mais importantes mistérios da astronomia moderna. Sabemos desde 20 anos que a expansão do universo está se acelerando. Nosso universo está crescendo a cada dia e crescendo mais e mais rápido. Se o universo consistisse inteiramente em massa e obedecesse em grande escala apenas à gravidade, só poderia desacelerar. Mas é o oposto que parece que observamos.

Várias explicações para esse fenômeno poderiam ser formuladas. Talvez nossas medidas estejam erradas. No entanto, mais e mais deles estão fazendo as mesmas conclusões. Talvez nossa compreensão da gravidade em grande escala ainda não esteja completa. Ou podemos imaginar que uma energia de natureza desconhecida leva o universo a crescer. Pode ser uma espécie de constante fundamental que é simplesmente parte das leis da natureza.

O grande problema ao tentar determinar a velocidade de expansão do universo é que não sabemos medir muito bem grandes distâncias. Isso pode ser feito de forma bastante eficiente por períodos recentes, observando o brilho das supernovas do tipo 1A. Podemos também sondar o início da história do universo graças ao fundo cósmico de microondas (CMB) que nos dá uma boa imagem do que o universo era 380000 anos após o Big Bang. Mas entre esses dois extremos, é difícil avaliar a constante de Hubble, a magnitude que dá a taxa de expansão do universo em um dado momento.

Uma equipe italiana acredita ter encontrado uma nova maneira de determinar a distância e, portanto, medir a velocidade de expansão do universo. Isso envolve observar a luminosidade dos quasares, esses núcleos de galáxias extremamente brilhantes que são, portanto, observáveis ​​de muito longe. Ao contrário das supernovas do tipo 1A, nem todos os quasares têm a mesma magnitude absoluta. Quando observamos um quasar menos luminoso que o outro, não sabemos se é porque está mais distante ou se está à mesma distância, mas menos energético.

Para superar este obstáculo, a equipe italiana comparou a luz dos quasares em duas bandas espectrais diferentes, raios X e ultravioleta. Ao estabelecer uma relação entre esses dois fluxos luminosos, eles encontraram constantes que permitem determinar as distâncias. Quase 1600 quasares foram estudados com este método, o que nos permitiu escrever uma história um pouco mais completa da expansão do universo.

Os primeiros resultados deste estudo sugerem que a energia escura está ganhando intensidade ao longo do tempo. Portanto, não apenas a expansão do universo está se acelerando, mas o elemento que a causa está em constante evolução. Se este resultado for confirmado, o que poderá levar anos, será necessário rever numerosos modelos que tentam explicar a energia escura. A energia escura teria um papel cada vez mais importante no universo, constantemente movendo galáxias e estrelas para longe. Em uma escala de tempo suficientemente grande, até mesmo as partículas que compõem os átomos seriam muito distantes, o que provavelmente significaria o fim dos tempos.

A expansão do universo seria mais rápida e mais rápida

– Notícias de 27 de fevereiro de 2018 –

O telescópio espacial Hubble está em operação há quase 30 anos e continua a produzir resultados muito importantes. Observações recentes mostraram que a aceleração da expansão do universo é, na verdade, muito mais rápida do que o esperado. O problema vem da comparação dos dados do Hubble com os do observatório espacial Planck, obtidos alguns anos antes. As medições de ambos os instrumentos são consideradas muito confiáveis. Ambos procuraram determinar a constante de Hubble, um parâmetro que descreve a taxa de expansão do universo em um dado momento. Os dados de Planck colocaram essa constante entre 67 km e 69 km por segundo por megaparsec. Planck fizera essas medições estudando o pano de fundo das microondas cósmicas, a primeira luz do universo de 13,8 bilhões de anos.

Novos dados do Hubble estimam a constante de Hubble a 63 km por segundo por megaparsec. O Hubble observou as cefeidas, que são estrelas variáveis ​​muito mais recentes. Entre as duas medidas, há 9% de diferença. O problema é que existem dificuldades em explicá-lo. A probabilidade de um erro ter caído em uma das duas medidas é incrivelmente baixa. Estes resultados parecem mostrar que a expansão do universo acelerou em sua história, e até mais rápido do que se pensava inicialmente.

Entre as possíveis explicações, há, claro, a energia escura. Não sendo bem definido, é um parâmetro que pode ser adicionado ao modelo padrão de cosmologia para explicar este tipo de observação. Outra possibilidade é uma interação mais forte do que o esperado entre a matéria escura e materiais mais convencionais. Finalmente, novos modelos continuam a surgir para tentar fornecer uma explicação para esse fenômeno, por exemplo, a radiação negra, neutrinos estéreis que seriam afetados apenas pela gravidade.

As primeiras evidências de aceleração da expansão do universo são muito recentes, datando do final da década de 1990, e é provável que mais décadas de observação e especulação sejam necessárias antes que o consenso possa ser alcançado sobre o mecanismo que causa essa aceleração. É por isso que lamentamos o provável cancelamento do WFIRST porque o instrumento teria permitido medições da constante de Hubble em diferentes idades do universo. Felizmente, a Europa não cancelou Euclides, seu futuro observatório espacial dedicado à pesquisa sobre a expansão do universo e a energia escura. Deve entrar em serviço no início da próxima década. Ele tentará voltar a 10 bilhões de anos no passado. Os diferentes modelos de energia escura apresentam pequenas variações, por isso, serão feitas medições de altíssima precisão para determinar qual trilha é a mais interessante a seguir.

Imagem da equipe de ciências da NASA / WMAP [domínio público], via Wikimedia Commons

Fontes

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