O mistério da expansão do universo talvez solucionado

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Galáxia M106. (Créditos: NASA)

Traduzido por Julio Batista
Original de Phys.org

A Terra, o sistema solar, toda a Via Láctea e as milhares de galáxias mais próximas a nós se movem em uma vasta “bolha” com 250 milhões de anos-luz de diâmetro, onde a densidade média de sua matéria é metade do tamanho do resto do universo. Esta é a hipótese apresentada por um físico teórico da Universidade de Genebra (UNIGE) para resolver um enigma que divide a comunidade científica há uma década: a que velocidade o universo está se expandindo? Até agora, pelo menos dois métodos de cálculo independentes chegaram a dois valores com uma diferença de cerca de 10% – uma divergência estatisticamente irreconciliável. Essa nova abordagem, descrita na revista Physics Letters B, lida com essa divergência sem fazer uso de nenhuma “nova física”.

universo está em expansão desde que o Big Bang ocorreu 13,8 bilhões de anos atrás – uma proposta feita pelo padre e físico belga Georges Lemaître (1894-1966) e demonstrada pela primeira vez por Edwin Hubble (1889-1953). O astrônomo americano descobriu em 1929 que todas as galáxias estão se afastando de nós e que as galáxias mais distantes estão se movendo mais rapidamente. Isso sugere que houve um tempo no passado em que todas as galáxias estavam localizadas no mesmo local, um tempo que só pode corresponder ao Big Bang. Esta pesquisa deu origem à Lei de Hubble-Lemaître, incluindo a constante de Hubble (H0), que denota a taxa de expansão do universo. As melhores estimativas de H0 atualmente estão em torno de 70 (km/s)/Mpc (o que significa que o universo está se expandindo 70 quilômetros por segundo mais rapidamente a cada 3,26 milhões de anos-luz).

Supernovas esporádicas

O problema é que existem dois métodos de cálculo conflitantes. O primeiro é baseado no fundo cósmico de microondas: uma radiação de microondas que vem de todos os lugares, emitida no momento em que o universo ficou frio o suficiente para que a luz pudesse circular livremente (cerca de 370.000 anos após o Big Bang). Usando os dados precisos fornecidos pela sonda espacial Planck, e considerando o universo homogêneo e isotrópico, um valor de 67,4 é obtido para a H0, usando a teoria da relatividade geral de Einstein para traçar o cenário. O segundo método de cálculo é baseado nas supernovas que aparecem esporadicamente em galáxias distantes. Esses eventos muito brilhantes fornecem ao observador distâncias altamente precisas, uma abordagem que tornou possível determinar um valor para a H0 de 74.

Lucas Lombriser, professor do Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE, explica: “Esses dois valores continuaram se tornando cada vez mais precisos por muitos anos, ao mesmo tempo que permaneciam diferentes entre si. Não foi preciso muito para provocar uma controvérsia científica e até para despertar a empolgante esperança de que talvez estivéssemos lidando com uma ‘nova física’.”

Para diminuir a lacuna dos valores, o professor Lombriser trabalhou com a ideia de que o universo não é tão homogêneo quanto era alegado, uma hipótese que pode parecer óbvia em escalas relativamente modestas. Não há dúvida de que a matéria está distribuída de maneira diferente dentro de uma galáxia e fora dela. É mais difícil, no entanto, imaginar flutuações na densidade média da matéria calculada em volumes milhares de vezes maiores que uma galáxia.

A “bolha de Hubble”

“Se estivéssemos em uma espécie de gigantesca ‘bolha'”, continua o professor Lombriser, “onde a densidade da matéria fosse significativamente menor que a densidade conhecida de todo o universo, isso teria consequências nas distâncias das supernovas e, finalmente, na determinação da H0”.

Tudo o que seria necessário seria que essa “bolha de Hubble” fosse grande o suficiente para incluir a galáxia que serve como referência para medir distâncias. Ao estabelecer um diâmetro de 250 milhões de anos-luz para essa bolha, o físico calculou que, se a densidade da matéria interior fosse 50% menor do que do resto do universo, um novo valor seria obtido para a constante de Hubble, que então concordaria com aquele obtido usando o fundo cósmico de microondas. “A probabilidade de haver tal flutuação nessa escala é de uma em 20 a uma em cada 5, o que significa que não é fantasia de um teórico. Existem muitas regiões como a nossa no vasto universo”, diz o professor Lombriser