Novo método de medir distâncias no Universo pode ajudar a resolver uma frustrante inconsistência nas teorias da cosmologia

Podemos adicionar mais uma maneira de medir distâncias do universo a uma pilha de controvérsias que é uma das coisas mais intrigantes da cosmologia hoje: a velocidade de expansão do Universo, determinada pela constante de Hubble.

O universo está se expandindo. As medidas da radiação eletromagnética detectável mais distante preveem um valor para a taxa de expansão, mas as medidas obtidas de objetos mais próximos revelam valores diferentes.

Se os valores realmente são incompatíveis, pode ser um sinal de que a grande teoria atualmente usada para descrever a evolução do universo não está certa.

Agora, uma equipe de cientistas está entusiasmada com o novo método que eles criaram, que se baseia menos em suposições humanas sobre como o universo funciona.

“Nosso método não depende da escolha do modelo cosmológico”, disse Inh Jee, principal autor do estudo do Instituto Max Planck de Astrofísica, ao Gizmodo. “É isso que realmente queremos enfatizar.”

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Edwin Hubble convenceu os astrônomos na década de 1920 de que objetos distantes estavam se afastando de nós, mas a taxa que eles estavam se afastando, chamada constante de Hubble, tem sido objeto de debate desde então.

Novos telescópios levaram a novas observações, como as realizadas pelo satélite Planck, que determinaram que a constante do Hubble é igual a 67,4 quilômetros por segundo por megaparsec. Isso significa que para cada 3,26 milhões de anos-luz de distância (o equivalente a uma medida chamada megaparsec), os objetos parecem afastando-se uns dos outros 67,4 quilômetros por hora.

Porém, observações baseadas em várias propriedades de mais fontes de luz próximas revelaram outros valores para a taxa de expansão, sempre maiores.

Agora, os físicos debatem se esses valores são realmente maiores e, em caso afirmativo, se é devido a algo sobre o modo como calculam as distâncias a esses objetos ou se é realmente um sinal de uma propriedade física ainda não descoberta. Um artigo excelente e recente na Quanta Magazine resume a história e seu drama.

O problema depende principalmente da dificuldade de medir a distância até essas coisas. Os cientistas normalmente confiam em objetos com um brilho conhecido, as chamadas velas padrão. Se elas são mais brilhantes, quer dizer que estão mais perto, e se elas são mais apagadas, que estão mais longe. Tais objetos incluem certas supernovas e estrelas que cintilam a uma taxa que depende de seu brilho.

Os cientistas também podem contar com as chamadas réguas padrão, objetos cujo tamanho é conhecido e cuja distância pode ser calculada com base em quão grandes ou quão pequenos eles aparece no céu.

Uma das equipes que media a constante do Hubble, chamada H0LiCOW (sim, se pronuncia “holy cow”, uma interjeição de surpresa, como “caramba”), estava usando um desses métodos de régua para determinar distâncias. Essa equipe agora aprimorou o método de forma a depender menos de suposições humanas, explicou Jee.

Este método calcula o raio de um objeto distante (chamado de lente gravitacional) e o usa como régua. Essa régua pode ajudar a fornecer uma distância absoluta precisa das supernovas de vela padrão, de acordo com o artigo publicado na Science.

Ao olhar para um objeto massivo como uma galáxia, você verá várias imagens dos objetos brilhantes atrás dele, porque sua enorme gravidade distorce a luz como uma lente (daí o nome “lente gravitacional”). Às vezes, os objetos de segundo plano parecem até deformados em um anel.

Se um objeto de fundo estiver piscando, cada imagem dele poderá piscar em momentos diferentes, com base na distância que a luz distorcida percorre. Os cientistas também podem medir a velocidade das estrelas que orbitam nessas galáxias distantes, o que revela o potencial gravitacional e a massa da galáxia. A combinação dessas informações permite calcular a distância da galáxia de lentes e seu tamanho.

Os pesquisadores podem, então, usar a galáxia que funciona como lente como uma régua padrão e um calibrador para calcular a distância absoluta de certas supernovas (as que são tradicionalmente usadas para determinar a constante de Hubble). Isso lhes permite calcular a constante de uma maneira que depende menos de suposições humanas sobre coisas como quanta matéria escura e energia escura existem no universo.

Com seu novo método, os pesquisadores calcularam um valor para a expansão do universo com base em apenas dois objetos. Eles apresentaram 82,4 quilômetros por segundo por megaparsec. É um valor muito alto, mas com barras de erro estatístico tão grandes que ainda não vale a pena considerar. Afinal, este estudo é apenas um piloto.

Adam Reiss, astrônomo da Johns Hopkins University e líder de uma equipe de medição constante do Hubble chamada SH0ES, disse ao Gizmodo em um e-mail que o resultado não é conclusivo, mas: “É bom ver as pessoas procurarem métodos alternativos, então parabéns para eles por isso.”

E remover a dependência de suposições é “importante ao tentar identificar a fonte de discrepâncias entre diferentes técnicas”, escreveu Tamara Davis, astrofísica australiana da Universidade de Queensland, em um comentário à Science.

Existem muitos métodos diferentes em andamento para determinar a constante de Hubble, seja usando velas e réguas padrão ou mesmo usando estrelas de nêutrons em colisão (embora realmente precisemos detectar mais estrelas em nêutrons em colisão para que esse método funcione).

A equipe do H0LiCOW planeja reduzir seu erro experimental em breve e usar seu método para determinar distâncias até estrelas medindo mais lentes e o movimento das estrelas dentro das lentes, disse Jee ao Gizmodo.

A discussão sobre a constante de Hubble continuará sendo importante para os físicos, porque representa um espaço onde nossa teoria mais bem-sucedida do universo desmorona. Não só isso, porém: representa um espaço para novas ideias e novos experimentos para revelar como o cosmos realmente funciona.