A expansão do universo é o fenômeno pelo qual as galáxias se afastam umas das outras em um espaço em constante crescimento, uma observação fundamental da cosmologia moderna. Essa expansão, prevista pela Teoria da Relatividade Geral de Einstein e confirmada por Edwin Hubble, implica que o universo começou em um estado muito denso e quente, conhecido como Big Bang, e tem se expandido desde então.
Acredita-se que a expansão acelerada do universo seja causada pela energia escura, uma forma misteriosa de energia que compõe cerca de 68% do universo e atua contra a gravidade, contribuindo para a expansão do tecido do espaço-tempo.
Medição da expanção do universo pelas Cefeidas
Anteriormente na década de 90 o Telescópio Espacial Hubble mediu a taxa de expanção do universo, conhecido como Constante de Hubble. Mais precisamente, o valor dessa taxa foi de 74 km/s/Mpc (74 quilômetros por segundo por megaparsec).
Há várias formas de medir essa constante. O método utilizado pelo Hubble foi através de estrelas conhecidas como Cefeidas, também chamadas de “variáveis Cefeidas”. Essas estrelas emitem um brilho variável de maneira previsível e regular. A luminosidade dessas estrelas muda devido à expansão e contração periódicas de suas camadas exteriores, e é através de seu brilho aparente que os astrônomos podem determinar sua luminosidade real e, consequentemente, calcular a distância da estrela até nós.
Como o propósito deste artigo não é ensiná-lo(a) como realizar estes cálculos, sigamos em frente. Apenas entenda que há como calcular as distâncias pelo brilho das Cefeidas. Elas são cruciais na astronomia, pois ajudam a estabelecer a escala de distâncias no Universo, o que é essencial para medir a constante de Hubble e entender a expansão do universo
Medição da expansão do universo pela radiação cósmica de fundo
Há outra forma de medir a constante de Hubble que é pela Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas (CMB, do inglês Cosmic Microwave Background) – o eco do Big Bang ou os primeiros ruídos produzidos apenas 380 mil anos após o Big Bang. Analisando suas flutuações, os cientistas podem inferir as condições iniciais do universo, incluindo sua taxa de expansão.
A Missão Planck da ESA, lançada em 2009, utilizou o Telescópio Espacial Planck para estudar a radiação cósmica de fundo com alta precisão em várias frequências, o que ajudou a fornecer uma compreensão detalhada das propriedades do universo primitivo e a medir a constante de Hubble. O valor encontrado foi 67 km/s/Mpc.
O problema
Pelo telescópio Hubble, temos 74 km/s/Mpc, e pela medição através da CMB temos 67 km/s/Mpc. Aí lançou-se o enigma! O valor 74 é muito alto se comparado com 67!
O valor da constante de Hubble medido pelo telescópio Hubble é tipicamente mais alto do que as previsões baseadas na missão Planck da ESA. Especificamente, o Hubble tende a encontrar uma taxa de expansão do universo mais rápida quando medido diretamente por meio de observações locais (como por exemplo, usando estrelas variáveis Cefeidas), enquanto a missão Planck, que analisa a radiação cósmica de fundo, sugere uma taxa mais lenta. Essa discrepância entre os dois valores é conhecida como Tensão de Hubble.
A Tensão de Hubble é problemática porque indica uma diferença significativa entre os valores da constante de Hubble medidos localmente no universo próximo e aqueles inferidos de observações do universo primitivo, como a radiação cósmica de fundo. Essa discrepância sugere que nosso entendimento atual da física do universo pode estar incompleto, levantando questões fundamentais sobre conceitos como a natureza da matéria escura, energia escura, e as leis da física em escalas cósmicas.
Telescópio Espacial James Webb confirma o problema
Inicialmente, alguns cientistas pensaram que a disparidade poderia ser o resultado de um erro de medição causado pela mistura de Cefeidas com outras estrelas na abertura do Hubble. Mas em 2023, os pesquisadores usaram o Telescópio Espacial James Webb, bem mais preciso, para realizar a medição. E ele confirmou que as medições do Hubble estavam corretas.
“Agora cobrimos toda a gama do que o Hubble observou, e podemos descartar com muita confiança o erro de medição como a causa da tensão do Hubble”
disse Adam Riess, principal autor do estudo e professor de física e astronomia da Universidade Johns Hopkins.
Esses resultados foram publicados na edição de 6 de fevereiro de 2024 do As Cartas do Jornal Astrofísico.
E agora?
A Tensão de Hubble pode indicar a necessidade de repensar certos aspectos da cosmologia padrão, como a natureza exata da energia escura ou matéria escura. Alguns cientistas exploram a ideia de que novas partículas ou forças poderiam estar em jogo, enquanto outros consideram modificações na teoria da relatividade de Einstein. O mistério continua.
Consultas: mysteryplanet.com.ar, webbtelescope.org (acessados 20/03/2024)
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