Velocidade excessiva da expansão do Universo aponta para física desconhecida

Os astrônomos calcularam a medição mais precisa do quão rápido o Universo está se expandindo. O problema é que ele está crescendo rápido demais para a física conhecida explicar. Cathal O'Connell relata.

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NASA / ESA / L. Frattare (STScI)

Artigo traduzido de Cosmos Magazine. Autor: Cathal O’Connell.

O Universo está se expandindo muito mais rápido do que deveria de acordo com as leis conhecidas da física, conforme identificou uma colaboração de astrônomos americanos e australianos.

Usando o Telescópio Espacial Hubble, a equipe realizou a medição mais precisa até agora de quão rápido galáxias distantes estão se afastando de nós, e descobriu que estão cerca de 8% mais rápidas do que nossas melhores previsões diziam.

A discrepância pode significar que a energia escura, a força misteriosa que está acelerando a expansão do Universo, está aumentando sua força. Ou poderia indicar que uma nova partícula exótica deu um pontapé no Universo em seus primeiros dias.

“Um Universo interessante ficou mais interessante”, disse Brad Tucker, astrônomo da Universidade Nacional Australiana e co-autor do trabalho, que pode ser encontrado no Arxiv e aparecerá no The Astrophysical Journal.

Então, é hora de reunir os seus livros de física em uma pequena pilha e acender um fósforo?

A ideia de que o Universo está em expansão não é nova. Edwin Hubble descobriu esse fato na década de 1930.

Mas na década de 1990, as coisas ficaram ainda mais estranhas. Os físicos descobriram que essa expansão está acelerando – e o que quer que seja que está causando a aceleração, a chamada energia escura, é o principal constituinte do Universo.

Agora, os cientistas descobriram que a aceleração é mais rápida do que o esperado, e isso poderia significar que o Universo está se preparando para acabar no chamado Big Rip.

No novo trabalho, os pesquisadores liderados por Adam Riess, que dividiu o Prêmio Nobel de 2011 por descobrir a energia escura, usou a luz de dois tipos de estrela para medir a velocidade de 18 galáxias.

Durante dois anos e meio, a equipe usou o Telescópio Espacial Hubble para monitorar a luminosidade de 2400 estrelas Cefeidas e cerca de 300 supernovas Tipo Ia dentro destas galáxias.

Os astrônomos usam estes objetos astronômicos como marcadores de distância no cosmos, porque cada um tem luminosidade bem conhecida (ou brilho inerente). Esse brilho diminui previsivelmente quanto mais longe da Terra eles estão- assim como medir a distância de uma cidade a partir do brilho dos seus postes.

Os astrônomos também medem a velocidade do seu movimento usando o efeito Doppler. Comprimentos de onda de luz podem ser esticados e comprimidos de acordo com o movimento relativo – radares de trânsito usam o efeito Doppler para identificar a velocidade dos automóveis.

Reiss e seus colegas calcularam a taxa de expansão do Universo (conhecida como constante de Hubble) olhando como a velocidade das galáxias e sua distância de nós estão relacionadas.

Estrelas variáveis Cefeidas e supernovas Tipo Ia foram utilizadas para calcular o quão rápido o Universo se expande. Crédito: NASA / ESA / A. Field (STScI) / A. Riess (STScI / JHU).

O novo cálculo mostra que o Universo está se expandindo a cerca de 73 quilômetros por segundo por megaparsec (1 megaparsec é 3,26 milhões de anos-luz) com uma incerteza de 2,4%.

Isto significa que uma galáxia a um milhão de anos-luz de nós está se afastando cerca de 22,4 quilômetros por segundo, enquanto que outra galáxia a dois milhões de anos-luz está se afastando de nós duas vezes mais rápido, 44,8 quilômetros por segundo.

O problema é que esta velocidade de expansão não está de acordo com a velocidade prevista a partir de medições usando o fraco brilho da radiação remanescente do Big Bang chamada radiação cósmica de fundo.

Astrofísicos fazem essas previsões olhando para uma foto do início do Universo, e a avança no tempo, incorporando toda a física conhecida (incluindo valores para a matéria escura e a energia escura, e assumindo que a densidade da energia escura permanece constante).

Medições anteriores haviam sugerido uma discrepância, mas a incerteza sempre foi grande demais para fazer afirmações sem dúvidas. A nova medição escancara as diferenças entre ela e a nossa melhor teoria do Universo – e isso significa que algo tem está acontecendo.

“Talvez o Universo está nos enganando, ou a nossa compreensão do Universo não está completa”, diz Alex Filippenko, astrônomo da Universidade da Califórnia, Berkeley, e co-autor do artigo.

Uma possibilidade é que a energia escura, conhecida por estar acelerando o Universo, pode estar se tornando mais forte – empurrando as galáxias para longe uma da outra cada vez com maior força. Em outras palavras, a aceleração do próprio Universo está acelerada.

Como alternativa, a taxa de expansão do Universo pode ter levado um pontapé no passado através da ação de uma partícula subatômica até agora não documentadas, zunindo no jovem Universo perto da velocidade da luz. Um candidato para esta partícula é a radiação escura, que é como a versão matéria escura do fóton.

Há, naturalmente, uma terceira possibilidade: a de que essas medidas de distância pode não ser tão confiáveis quanto nós pensamos.

Portanto, não queime seus livros de física ainda.

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