CfA: Ondas Gravitacionais fornecem medidas da idade do Universo

A imagem mostra a galáxia NGC4993 que hospeda o evento de onda gravitacional GW170817 que foi usado para medir a idade do Universo. A fonte deste evento é o ponto avermelhado para cima e para a esquerda do centro da galáxia. A fonte não aparecia em imagens anteriores. Créditos: NASA / ESA

A detecção direta de ondas gravitacionais em pelo menos cinco fontes nos últimos dois anos fornece uma confirmação notável do modelo de gravidade e espaço-tempo concebido por Einstein. A modelagem destes eventos também forneceu dados sobre a formação de estrelas massivas, explosões de raios-gama, características das estrelas de nêutrons e pela primeira vez a verificação de ideias teóricas sobre como os elementos muito pesados, como o ouro, são produzidos no Cosmos.

Os astrônomos usaram agora o singular evento de onda gravitacional (GW170817) para medir a idade do Universo. Uma equipe composta por 1.314 cientistas em todo o mundo contribuiu para a detecção de ondas gravitacionais oriundas da fusão de um par de estrelas de nêutrons, seguida pela detecção de raios-gama e depois pela identificação da origem do cataclismo numa fonte localizada na galáxia NGC 4993 capturada em imagens obtidas com vários atrasos de tempo e em comprimentos de onda que vão desde os raios-X até ao rádio.

A análise das ondas gravitacionais deste evento demonstra sua força intrínseca. A força observada é menor, o que implica (porque a força diminui com a distância à fonte) que a fonte está a aproximadamente 140 milhões de anos-luz de distância. NGC 4993, a sua galáxia hospedeira, tem uma velocidade de afastamento devido à expansão do Universo que pode ser medida a partir das linhas do espectro. A determinação da distância da galáxia e da velocidade com que se afasta de nós permite que os cientistas calculem o tempo desde que a expansão começou – a idade do Universo: entre aproximadamente 11,9 e 15,7 bilhões de anos, considerando-se as incertezas experimentais.

A idade derivada deste único evento é consistente com as estimativas de décadas de observações que se baseiam em métodos estatísticos usando outras duas fontes: a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e os movimentos das galáxias. A primeira se baseia no mapeamento da distribuição muito fraca de luz que remonta a uma época mais ou menos 400 mil anos após o Big Bang; a segunda envolve uma análise estatística das distâncias e movimentos de dezenas de milhares de galáxias em épocas relativamente recentes. O fato de que este único evento de onda gravitacional foi capaz de determinar a idade do Universo é incrível e não é possível para cada detecção de ondas gravitacionais. Neste caso, houve a identificação ótica da fonte (de modo que uma velocidade pôde ser medida) e a fonte nem estava muito longe nem era muito tênue. Com uma grande amostra estatística de eventos de ondas gravitacionais de todos os tipos, o intervalo atual de valores para a aferição da idade do Universo vai ficar menor.

O novo resultado é notável por outra razão. Embora tanto a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e as medições das galáxias sejam bastante precisas, elas parecem discordar uma da outra em mais ou menos 10%. Esta divergência pode ser apenas um erro observacional, mas alguns astrônomos suspeitam que pode ser uma diferença real, refletindo algo que falta atualmente na nossa concepção do processo de expansão cósmica, talvez relacionada com o fato da radiação cósmica de fundo remontar a uma época radicalmente diferente do tempo cósmico do que os dados das galáxias. Este terceiro método, os eventos de ondas gravitacionais, podem ajudar a resolver o enigma.

O trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “A Gravitational-Wave Standard Siren Measurement of the Hubble Constant,” assinado por LIGO Scientific Collaboration et. al., publicado em Nature, 551, 85, 2017.

Fontes

Nature: A gravitational-wave standard siren measurement of the Hubble constant

Havard CfA: Gravitational Waves Measure the Universe

._._.

1710.05835 – A Gravitational-Wave Standard Siren Measurement of the Hubble Constant
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