Mistério da taxa de expansão do universo permanece após maior medição já feita

Em uma nova análise de dados das duas últimas décadas, astrofísicos definiram com maior precisão a composição do universo e a taxa de expansão do cosmos. Entretanto, os resultados ainda deixam alguns mistérios ainda mais longe de serem solucionados.

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Analisando cerca de 1.500 supernovas do Tipo Ia, a equipe do estudo Pantheon+ conseguiu as melhores medições já feitas sobre as principais questões cosmológicas: a quantidade de matéria escura e energia escura no universo e a constante de Hubble.

Universo escuro

Energia escura e matéria escura formam, juntas, a maior parte do nosso cosmos, responsáveis pelos fenômenos mais importantes. Por isso, o “universo escuro” é considerado o alicerce da cosmologia. A matéria visível, isto é, tudo o que podemos observar diretamente, corresponde a cerca de 5% do universo.

O Pantheon+ determinou com grande precisão que o universo é composto por cerca de dois terços de energia escura e um terço de matéria — esta última é formada principalmente por matéria escura. Isso concorda com as análises mais recentes.

Constante de Hubble

Além disso, o Pantheon+ também buscou uma resposta para a constante de Hubble, um dos maiores problemas da astrofísica moderna. O nome é uma homenagem ao astrônomo Edwin Hubble, que descobriu a expansão acelerada do universo em 1929 e criou uma unidade que descreve a velocidade dessa expansão.

Como as velocidades das galáxias são medidas em km/s e as distâncias em megaparsecs (Mpc), a unidade da constante de Hubble é “km/s/Mpc”. Na época, Hubble mediu o valor em 501 km/s para cada Mpc, mas os pesquisadores refinaram essa taxa para 71 km/s/Mpc.

O problema é que a aceleração está aumentando e uma nova atualização da constante é necessária. Para isso, cientistas usaram diferentes métodos de medição: usando estrelas Cefeidas; supernovas Tipo Ia; ou por meio da radiação cósmica de fundo (os vestígios eletromagnéticos do Big Bang).

Baseando-se no maior conjunto de dados das 1.500 explosões de supernovas do Tipo Ia, o Pantheon+ é o sucessor da pesquisa Pantheon, publicada há vários anos usando um conjunto de 1.000 supernovas do mesmo tipo.

Com 50% a mais em número de supernovas e melhorias nas técnicas de análise e endereçamento de possíveis fontes de erro, o novo estudo atingiu o dobro da precisão do Pantheon original. Assim, os autores chegaram a uma nova medição da constante de Hubble: 73,4 km/s/Mpc, com apenas 1,3% de incerteza.

Embora essa seja a medição mais precisa já obtida, ela ainda discorda de outros métodos que, em teoria, são igualmente eficazes para determinar a constante. Usando o fundo cósmico de micro-ondas, por exemplo, a taxa é significativamente menor, deixando os cientistas com “pulgas atrás da orelha”.

As supernovas mais distantes no conjunto de dados da pesquisa estão a 10,7 bilhões de anos-luz de distância, ou seja, explodiram quando o universo tinha aproximadamente um quarto de sua idade atual. Naquela época, a gravidade da matéria escura mantinha a taxa de expansão do universo sob controle.

Com o passar do tempo, à medida que a energia escura — que atua como uma força repulsiva, contrária à força da gravidade — sobrepujou a influência da matéria escura, o universo passou a se expandir cada vez mais rápido.

Os novos resultados do Pantheon+ aumentaram a certeza da discrepância entre as duas metodologias (medições de supernovas Tipo Ia e da radiação cósmica de fundo). Na verdade, a certeza da discrepância ultrapassou o limite de 5 sigma, isto é, uma chance em um milhão de ocorrer devido ao acaso.

“Pensamos que seria possível encontrar pistas para uma nova solução para esses problemas em nosso conjunto de dados, mas estamos descobrindo que nossos dados descartam muitas dessas opções e que as profundas discrepâncias permanecem tão teimosas como sempre”, disse Dillon Brout.

Brout é o principal autor dos artigos que apresentam os resultados do Pantheon+, publicados em uma edição especial do The Astrophysical Journal.

Fonte: The Harvard Gazette