Nova física será necessária para explicar expansão do universo?

Os astrônomos aumentaram ainda mais a certeza de que os telescópios Hubble e James Webb mediram corretamente a taxa de expansão do universo. Isso significa que a discrepância entre as medidas no universo próximo e as do universo primitivo aponta para uma possível nova física, apenas aguardando para ser descoberta.

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A velocidade com que o universo está se expandindo é um dos temas mais importantes da física moderna. Medir corretamente essa taxa de aceleração, conhecida como constante de Hubble, é fundamental para calcular as distâncias em grandes escalas com precisão, mas a tarefa se mostrou um grande desafio.

Taxa de expansão do universo

Para resumir, existem duas principais formas de medir a taxa de expansão: uma é por meio das Cefeidas (estrelas que variam o brilho em períodos bem definidos) e a outra, é usando a radiação cósmica de fundo (a luz remanescente do Big Bang). Entretanto, as duas medições trazem resultados diferentes.

Os cientistas descrevem a expansão por meio da velocidade com que as galáxias se afastam umas das outras. A velocidade é medida em km/s, enquanto as distâncias entre os objetos é na escala de megaparsecs (Mpc, que corresponde a 3.260.000 anos-luz). Assim, a unidade de medida da constante de Hubble é km/s/Mpc.

Tensão de Hubble

Quando a constante é calculada com base nas Cefeidas, o resultado é de 73 km/s/Mpc, enquanto a abordagem da radiação cósmica de fundo resulta em 67,4 km/s/Mpc. Esta discrepância é conhecida como Tensão de Hubble.

Ao longo das décadas, pesquisadores se esforçaram para repetir as medições da taxa, vez após a outra, para conseguir dados cada vez mais precisos e eliminar qualquer chance de erro humano ou dos instrumentos científicos. A cada nova observação, as certezas de que estejam corretas aumentam, tornando a Tensão de Hubble mais difícil de resolver.

Aumentando as certezas

Em agosto de 2023, uma equipe de cientistas analisou as medidas das Cefeidas feitas pelo telescópio James Webb, as mesmas estrelas que o Hubble estudou anteriormente. A ideia era comparar os conjuntos de dados coletados pelos dois instrumentos para ver se o Hubble havia cometido algum erro — e a resposta foi “não, não houve erro”.

Isso mostrou que o James Webb estava confirmando a discrepância, o que, em última análise, sugere que algo está faltando na compreensão atual do universo. Agora, a mesma equipe de 2023 publicou um novo estudo, comparando outra vez os dados de ambos os telescópios, e a certeza de não haver erro aumentou ainda mais.

Os dois estudos foram liderados por Adam Riess, físico da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, ganhador do Prêmio Nobel por co-descobrir a aceleração da expansão do universo. Até então, os astrônomos sabiam apenas que a expansão existia, mas com uma taxa fixa e constante.

Para classificar a certeza de que uma determinada medição não foi afetada por erros humanos ou de instrumentação, os cientistas costumam usar um tipo de escala chamada sigma. Essa classificação é estatística, e por isso, as observações precisam ser repetidas várias e várias vezes.

Na astrofísica, o padrão de ouro para uma possível nova descoberta é 5 sigma, que representa uma certeza bem elevada. Essa classificação foi atingida na pesquisa de 2023, e o novo estudo da equipe elevou a confiança para 8 sigma. É um “argumento” significativo de que não há erros nas medições do telescópio Hubble, muito menos do Webb.

O que isso significa?

A confirmação da discrepância entre as medições de 73 km/s/Mpc e de 67,4 km/s/Mpc indica que a taxa de expansão do universo mudou desde os tempos mais primitivos, há bilhões de anos. “Precisamos descobrir se está faltando alguma coisa para conectar o início do universo e os dias atuais”, disse Riess.

Embora pareça um problema embaraçoso para a ciência, esses resultados são, na verdade, empolgantes. Eles sugerem que alguma coisa ainda está para ser descoberta sobre como o universo mudou desde a emissão das primeiras luzes após o Big Bang. “O que resta é a possibilidade real e excitante de termos compreendido mal o universo”, disse Riess.

Caso os astrônomos encontrem o caminho para desvendar o enigma, talvez descubram uma física completamente nova para descrever o cosmos. Com alguma “sorte”, ela também poderia explicar outros mistérios, como a matéria escura e os objetos que evoluíram rápido e cedo demais, coisa que o modelo atual não previa.

O novo artigo foi publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

Fonte: NASA, STScI, ESA, The Astrophysical Journal Letters