Hubble está mais perto de resolver um dos grandes mistérios da astronomia

Hubble está mais perto de resolver um dos grandes mistérios da astronomia

Por Daniele Cavalcante | Editado por Rafael Rigues | 20 de Maio de 2022 às 11h45
NASA/ESA/Adam G. Riess (STScI, JHU)

O Telescópio Espacial Hubble completou um ciclo de quase 30 anos de observação de objetos cósmicos conhecidos como “velas padrão” — estrelas Cefeidas e supernovas do tipo Ia. Com isso, os astrônomos têm agora um conjunto sem precedentes de dados para calcular a velocidade da expansão do universo.

O problema da constante de Hubble

Em 1924, o astrônomo americano Edwin Hubble descobriu que havia muitas outras galáxias além da nossa e constatou que elas estavam em constante distanciamento entre si. Quanto mais afastadas estavam as galáxias, mais rápido elas se distanciavam. Daí surgiu a lei de Hubble, na qual podemos calcular a velocidade dessa expansão.

Hubble criou uma unidade que descreve a rapidez com que o universo está se expandindo, que é em (km/s)/Mpc. Na época, Hubble mediu o valor em 501 km/s para 1 Mpc (Megaparsec, equivalente a 3,26 milhões de anos-luz), ou seja, galáxias a 1 Mpc de distância teriam velocidade de 501 km/s. Esse resultado, no entanto, estava rodeado de incertezas.

A discordância entre as previsões e medições da constante de Hubble sugere falhas nas técnicas de medição, no modelo atual do universo, ou, quem sabe, uma nova física ainda desconhecida (Imagem: Reprodução/NASA/Goddard Space Flight Center)

Quando o telescópio Hubble foi planejado, isso ainda era um problema. Por isso, os astrônomos planejavam usar o novo instrumento para determinar de uma vez por todas a taxa de expansão do universo. Isso poderia ser feito se o telescópio conseguisse coletar dados precisos das estrelas Cefeidas e supernovas tipo Ia.

Foi exatamente isso que o telescópio Hubble fez durante suas primeiras maratonas de observações — graças a esforços indescritíveis de décadas de pesquisas realizadas por diferentes equipes. Apesar disso, o problema da constante de Hubble ainda não foi resolvido.

O telescópio Hubble busca solução

Logo após o lançamento do telescópio espacial Hubble em 1990, veio o primeiro lote de observações de estrelas Cefeidas para calcular a constante de Hubble. Para isso, foram necessárias duas equipes: o HST Key Project e o time liderado por Allan Sandage. As Cefeidas são estrelas que aumentam de tamanho periodicamente, o que permite calcular suas distâncias com alta precisão.

Sabendo as distâncias das Cefeidas e medindo-as periodicamente, os astrônomos deveriam conseguir dizer a velocidade de expansão do universo, já que elas estão se afastando devido a esse fenômeno. Mas, na prática, não é tão simples: outros métodos igualmente precisos de cálculo da expansão do universo traz resultados diferentes.

No início dos anos 2000, as equipes que estudavam as Cefeidas através do telescópio Hubble declararam "missão cumprida". Eles conseguiram o valor de 72 (km/s)Mpc e a margem de erro de apenas 10% — para comparação, as estimativas antes do telescópio tinham margem de erro de 50%.

Coleção de 36 imagens do telescópio Hubble; cada uma dessas galáxias hospeda variáveis ​​Cefeidas e supernovas (Imagem: Reprodução/NASA/ESA/Adam G. Riess (STScI, JHU)

Apesar de dar certa confiança aos cientistas, a margem de 10% ainda não é tão satisfatória quando gostaríamos. Assim, em 2005, e depois em 2009, foram adicionadas novas câmeras ao telescópio espacial, que inauguraram a "Geração 2" da pesquisa em busca da constante de Hubble. O objetivo: obter resultados com 99% de certeza.

O projeto SH0ES (sigla para Supernova, H0, for the Equation of State of Dark Energy) foi uma das novas equipes formadas para calcular o número por meio do estudo da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (a “luz” que sobrou do Big Bang, como um fóssil do início do universo).

Várias equipes participaram dos esforços e os dados apontaram para um valor de 73 (km/s)Mpc. Outras abordagens foram usadas para medir a constante de Hubble e chegaram a resultados aproximados. Mesmo assim, o debate está longe de terminar, e causa uma dor de cabeça para os físicos.

Infelizmente (ou não), as medições da missão Planck da Agência Espacial Europeia (que também observou a radiação de fundo de micro-ondas) prevêem um valor mais baixo para a constante de Hubble: 67,5 (km/s)Mpc. Há quem diga que essa divergência seria um “não-problema”, mas a inquietação permanece.

E agora?

Quase 30 anos após as primeiras pesquisas da constante de Hubble com o telescópio homônimo, a equipe do SH0ES mediu 42 novas velas padrão — sendo todas elas supernovas tipo Ia, isto é, estrelas explodindo a uma taxa de cerca de um vez por ano.

"Temos uma amostra completa de todas as supernovas acessíveis ao telescópio Hubble vistas nos últimos 40 anos", disse Adam Riess, do Space Telescope Science Institute (STScI) e da Universidade Johns Hopkins. Ele é o líder do novo estudo, aceito para publicação no The Astrophysical Journal.

Os astrônomos atribuem a expansão do universo a algo conhecido como energia escura (Imagem: Reprodução/ESO)

"A constante de Hubble é um número muito especial, disse a Dra. Licia Verde, cosmóloga do ICREA e da ICC-Universidade de Barcelona. “Ela pode ser usada para enfiar uma agulha do passado ao presente para um teste de ponta a ponta de nossa compreensão do universo. Isso exigiu uma quantidade fenomenal de trabalho detalhado".

Com o total de amostras do Hubble, “há apenas uma chance em um milhão de astrônomos estarem errados por azar”, disse Riess sobre as estimativas que o catálogo de velas padrão pode proporcionar, uma vez completo. “Na verdade, não me importo com o valor da expansão especificamente, mas gosto de usá-lo para aprender sobre o universo”, acrescentou.

Talvez Riess e seus colegas sejam muito bem recompensados pelos 30 anos de trabalho com a expansão do universo com o telescópio Hubble. É que, dependendo dos resultados a serem obtidos com novo conjunto de supernovas, os cientistas podem chegar à descoberta de uma física completamente nova. Isso é algo pelo qual vale a pena investir a carreira.

Fonte: NASA

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