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jan 26

Lentes gravitacionais suportam a descoberta que a expansão do Universo se dá mais rápido do que se pensava

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Esta montagem mostra os cinco quasares ampliados por lentes e as galáxias de primeiro plano estudadas pela colaboração H0LICOW. Usando estes objetos, os astrônomos foram capazes de fazer uma medição independente da constante de Hubble. Eles calcularam que o Universo está realmente se expandindo mais rápido do que o esperado, tendo por base o nosso modelo cosmológico. Créditos: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al.

Através do uso de galáxias massivas como lentes gravitacionais gigantes, um grupo internacional de astrônomos, com o auxílio do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA, fez uma medição independente de quão rápido o Universo está em expansão. A recém-medida velocidade de expansão, para o Universo local, é consistente com as descobertas anteriores. Estes estão, no entanto, em intrigante discordância com medições do Universo primitivo. Isto sugere um problema fundamental no coração de nosso entendimento do Cosmos.

A constante de Hubble, a velocidade a que o Universo se expandindo, é um dos parâmetros fundamentais que descrevem o nosso Universo. Um grupo de astrônomos da colaboração H0LiCOW, liderado por Sherry Suyu (associada ao Max Planck Institute for Astrophysics na Alemanha, ao ASIAA em Taiwan e à Universidade Técnica de Munique), usou o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e outros telescópios espaciais e terrestres [1] para observar cinco galáxias com o objetivo de atingir a uma medição independente da constante de Hubble [2].

A nova medição é completamente independente (mas está em excelente concordância) das outras medições da constante de Hubble no Universo local que usaram variáveis Cefeidas e supernovas como pontos de referência [heic1611].

Em contrapartida, o valor medido por Sherry Suyu e seu time, bem como aqueles medidos usando Cefeidas e supernovas, são diferentes da medição obtida pelo satélite Planck da ESA. Mas há uma distinção importante: o Planck mediu a constante de Hubble para o Universo jovem, observando a CBR (Cosmic Background Radiation), o fundo de micro-ondas cósmico.

Embora esse valor para a constante de Hubble, determinado pelo Planck, encaixe com a nossa compreensão atual do Cosmos, os valores obtidos pelos diferentes grupos de astrônomos para o Universo local estão em desacordo com o nosso modelo teórico aceite do Universo.

Sherry Suyu inferiu:

A taxa de expansão do Universo começa agora a ser medida de maneiras diferentes e com tanta precisão que as discrepâncias reais podem apontar para uma nova física além do nosso conhecimento atual do Universo.

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HE0435-1223, localizado no centro desta imagem de campo-largo, está entre os cinco quasares mais bem ampliados por lentes descobertos até à data. A galáxia no plano da frente cria quatro imagens distribuídas quase uniformemente do quasar distante em seu redor. Créditos: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al.

Os alvos do estudo foram as galáxias massivas posicionadas entre a Terra e quasares muito distantes, os núcleos de galáxias incrivelmente luminosas. A radiação emanada pelos quasares mais distantes é dobrada pelas grandes massas das galáxias como resultado de lentes gravitacionais fortes. Isto cria múltiplas imagens do quasar de fundo, algumas manchadas em arcos estendidos.

Tendo em vista que as galáxias não criam distorções perfeitamente esféricas no tecido do espaço-tempo e que as galáxias “lente” e os quasares não estão perfeitamente alinhados, a luz das diferentes imagens do quasar de fundo segue caminhos com comprimentos ligeiramente diferentes. Uma vez que o brilho dos quasares muda ao longo do tempo, os astrônomos podem ver as diferentes imagens cintilarem em momentos diferentes (veja no vídeo abaixo), com os atrasos entre elas dependendo das distâncias que a luz tem que percorrer. Estes atrasos estão diretamente relacionados com o valor da constante de Hubble.

O coautor Frédéric Courbin da EPFL, Suíça, explicou:

O nosso método é a maneira mais simples e direta de medir a constante de Hubble, pois só usa geometria e a Relatividade Geral, sem outras suposições.

Usando as medições precisas dos atrasos de tempo entre as várias imagens, bem como modelos de computador, o time de cientistas conseguiu determinar a constante de Hubble com uma precisão incrivelmente alta: 3,8%. A equipe H0LiCOW determinou o valor, para a constante de Hubble, de 71,9 ± 2,7 quilômetros por segundo por megaparsec. Em 2016, cientistas usaram o Hubble para determinar um valor de 73,24 ± 1,74 km/s/Mpc. Em 2015, o satélite Planck da ESA mediu a constante com a mais alta precisão até agora e obteve um valor de 66,93 ± 0,62 km/s/Mpc.

Vivien Bonvin, da EPFL, Suíça, destacou:

A medição precisa da constante de Hubble é um dos ‘prêmios’ mais cobiçados da pesquisa em astrofísica atual.

Sherry Suyu acrescentou:

A constante de Hubble é crucial para a astronomia moderna, pois pode ajudar a confirmar ou a refutar se a nossa imagem do Universo, composta por energia escura, matéria escura e matéria normal, está realmente correta ou se nos falta algo fundamental.

Notas

[1] O estudo usou o telescópio espacial Hubble da NASA/ESA, o observatório Keck, os telescópios Very Large Telescope do ESO, Subaru, GeminiVictor M. Blanco, Canada-France-Hawaii telescope e o Spitzer. Em adição, dados do Swiss 1.2-metre Leonhard Euler Telescope e do MPG/ESO 2.2-metre telescope também foram usados.

[2] O efeito de atraso no tempo que os astrônomos usaram aqui para medir um valor para a constante de Hubble foi especialmente importante dada a sua quase independência dos 3 principais componentes do Universo (matéria convencional, matéria escura e energia escura). Embora não completamente separado, o método é apenas fracamente dependente desses componentes.

Fontes

Hubble: heic1702 — Cosmic lenses support finding on faster than expected expansion of the Universe

NASA: Cosmic Lenses Support Findings on Accelerated Universe Expansion

Artigos Científicos

H0LiCOW I
H0LiCOW II
H0LiCOW III
H0LiCOW IV
H0LiCOW V

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heic1702a

heic1702b

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