Traduzido por Julio Batista
Original de Brad E. Tucker para o The Conversation
Como chegamos aqui? Onde estamos indo? E quanto tempo vamos durar? Essas perguntas são tão antigas quanto a própria humanidade e, se já foram feitas por outras espécies em outras partes do Universo, potencialmente são muito mais antigas do que isso.
São também algumas das questões fundamentais que estamos tentando responder no estudo do Universo, chamado cosmologia. Um enigma cosmológico é o quão rápido o Universo está se expandindo, que é medido por um número chamado constante de Hubble. E há um pouco de treta em torno disso.
Em dois novos papers liderados por meu colega Patrick Kelly, da Universidade de Minnesota, EUA, usamos com sucesso uma nova técnica – envolvendo a luz de uma estrela em explosão que chegou à Terra por várias rotas sinuosas através do Universo em expansão – para medir a constante de Hubble. Os papers foram publicados na Science e The Astrophysical Journal.
E se nossos resultados não resolverem a treta, eles nos dão outra pista – e mais perguntas a serem feitas.
Velas padrão e o universo em expansão
Sabemos desde a década de 1920 que o Universo está se expandindo.
Por volta de 1908, a astrônoma estadunidense Henrietta Leavitt encontrou uma maneira de medir o brilho intrínseco de um tipo de estrela chamada variável Cefeida – não o quão brilhantes elas aparecem da Terra, que depende da distância e de outros fatores, mas o quão brilhantes elas realmente são. As Cefeidas ficam mais brilhantes e mais escuras em um ciclo regular, e Leavitt mostrou que o brilho intrínseco estava relacionado à duração desse ciclo.
A Lei de Leavitt, como agora é chamada, permite que os cientistas usem as Cefeidas como “velas padrão”: objetos cujo brilho intrínseco é conhecido e, portanto, cuja distância pode ser calculada.
Como é que isso funciona? Imagine que é noite e você está parado em uma rua longa e escura com apenas alguns postes de luz pontilhando a estrada. Agora imagine que todo poste tenha o mesmo tipo de lâmpada, com a mesma potência. Você notará que os distantes parecem mais fracos do que os próximos.
Sabemos que a luz diminui proporcionalmente à sua distância, em algo chamado lei do quadrado inverso da luz. Agora, se você pode medir o quão brilhante cada luz aparece para você, e se você já sabe o quão brilhante ela deve ser, você pode descobrir a que distância cada poste de luz está.
Em 1929, outro astrônomo americano, Edwin Hubble, conseguiu encontrar várias dessas estrelas Cefeidas em outras galáxias e medir suas distâncias – e a partir dessas distâncias e outras medições, ele pôde determinar que o Universo estava se expandindo.
Métodos diferentes dão resultados diferentes
Este método de vela padrão é poderoso, permitindo-nos medir o vasto Universo. Estamos sempre procurando velas diferentes que possam ser melhor medidas e vistas a distâncias muito maiores.
Alguns esforços recentes para medir o Universo mais distante da Terra, como o projeto SH0ES do qual fiz parte, liderado pelo vencedor do Prêmio Nobel Adam Riess, usaram Cefeidas ao lado de um tipo de explosão de estrela chamada supernova Tipo Ia, que também pode ser usada como um vela padrão.
Existem também outros métodos para medir a constante de Hubble, como aquele que usa a radiação cósmica de fundo em micro-ondas – luz ou radiação que é uma relíquia que começou a viajar pelo Universo logo após o Big Bang.
O problema é que essas duas medições, uma próxima usando supernovas e cefeidas, e uma muito mais distante usando o fundo de micro-ondas, diferem em quase 10%. Os astrônomos chamam essa diferença de tensão de Hubble e têm procurado novas técnicas de medição para resolvê-la.
Um novo método: lentes gravitacionais
Em nosso novo trabalho, usamos com sucesso uma nova técnica para medir essa taxa de expansão do Universo. O trabalho é baseado em uma supernova chamada Supernova Refsdal.
Em 2014, nossa equipe detectou várias imagens da mesma supernova – a primeira vez que uma supernova “com lentes” foi observada. Em vez do Telescópio Espacial Hubble ver uma supernova, vimos cinco!
Como isso acontece? A luz da supernova saiu em todas as direções, mas viajou pelo espaço distorcido pelos enormes campos gravitacionais de um enorme aglomerado de galáxias, que desviaram parte do caminho da luz de tal forma que acabou chegando à Terra por várias rotas. Cada aparição da supernova nos alcançou por um caminho diferente através do Universo.
Imagine três trens saindo da mesma estação ao mesmo tempo. No entanto, um vai direto para a próxima estação, o outro faz uma longa viagem pelas montanhas e outro pelo litoral. Todos partem e chegam nas mesmas estações, mas fazem viagens diferentes e, portanto, embora tenham saído no mesmo horário, chegarão em horários diferentes.
Assim, nossas imagens lentificadas mostram a mesma supernova, que explodiu em um determinado ponto no tempo, mas cada imagem percorreu um caminho diferente. Observando a chegada à Terra de cada aparição da supernova – uma das quais aconteceu em 2015, depois que a explosão da estrela já havia sido avistada – conseguimos medir o tempo de viagem e, portanto, quanto o Universo se expandiu enquanto a imagem estava em trânsito.
Já resolvemos a treta?
Isso nos deu uma medida diferente, mas única, da expansão do Universo. Nos papers, descobrimos que essa medição está mais próxima da medição cósmica de fundo em micro-ondas, em vez da medição próxima de Cefeidas e supernovas. No entanto, com base em sua localização, deve estar mais próximo da medição das Cefeidas e supernovas.
Embora isso não resolva o debate, nos dá outra pista para analisar. Pode haver um problema com o valor da supernova, ou em nossa compreensão dos aglomerados de galáxias e os modelos a serem aplicados às lentes, ou algo totalmente diferente.
Como as crianças no banco de trás do carro em uma viagem perguntando “já chegamos?”, ainda não sabemos.