Novo método pode resolver a dificuldade de medir a expansão do Universo
Impressão
de artista da explosão e do surto de ondas gravitacionais emitidas quando um
par de estrelas de neutrões superdensas colidem. Novas observações com
radiotelescópios mostram que estes eventos podem ser usados para medir o ritmo
de expansão do Universo.Crédito:
NRAO/AUI/NSF
Usando radiotelescópios da
NSF (National Science Foundation), os astrónomos demonstraram como uma
combinação de observações de ondas gravitacionais e rádio, juntamente com uma
modelagem teórica, pode transformar as fusões de pares de estrelas de neutrões
numa "régua cósmica" capaz de medir a expansão do Universo e resolver
uma questão pendente sobre o seu ritmo.
Os astrónomos usaram o VLBA
(Very Long Baseline Array), o VLA (Karl G. Jansky Very Large Array) e o GBT
(Robert C. Byrd Green Bank Telescope) para estudar as consequências da colisão
de duas estrelas de neutrões que produziram ondas gravitacionais detetadas em
2017. Este evento fornece uma nova maneira de medir o ritmo de expansão do
Universo, conhecido pelos cientistas como a Constante de Hubble. O ritmo de
expansão do Universo pode ser usado para determinar o seu tamanho e idade, além
de servir como uma ferramenta essencial para interpretar observações de objetos
noutras partes do Universo.
Dois métodos principais de
determinação da Constante de Hubble usam as características da radiação cósmica
de fundo em micro-ondas, radiação remanescente do Big Bang, ou um tipo
específico de explosões de supernova, de nome supernovas do Tipo Ia, no
Universo distante. No entanto, estes dois métodos fornecem resultados
diferentes.
"A fusão de estrelas de
neutrões dá-nos uma nova maneira de medir a constante de Hubble e,
esperançosamente, de resolver o problema," disse Kunal Mooley, do NRAO
(National Radio Astronomy Observatory) e do Caltech.
A técnica é semelhante à que
usa explosões de supernova. Pensa-se que as explosões de supernova do Tipo Ia
tenham todas um brilho intrínseco que pode ser calculado com base na velocidade
com que crescem e diminuem de brilho. A medição deste brilho, a partir da
Terra, indica-nos a distância da explosão de supernova. A medição do desvio
Doppler da luz da galáxia hospedeira indica a velocidade a que a galáxia se
está a afastar da Terra. A velocidade, dividida pela distância, produz a
constante de Hubble. Para obter um valor preciso, têm que ser feitas muitas
medições a distâncias diferentes.
Quando duas estrelas de
neutrões colidem, produzem uma explosão e um surto de ondas gravitacionais. A
forma do sinal da onda gravitacional diz aos cientistas quão
"brilhante" foi esse surto de ondas gravitacionais. A medição do
"brilho", ou intensidade das ondas gravitacionais recebidas na Terra,
pode fornecer a distância.
"Este é um meio
completamente independente de esclarecermos o verdadeiro valor da Constante de
Hubble," disse Mooley.
No entanto, há uma
reviravolta. A intensidade das ondas gravitacionais varia com a sua orientação
em relação ao plano orbital das duas estrelas de neutrões. As ondas
gravitacionais são mais fortes na direção perpendicular ao plano orbital e mais
fracas se o plano orbital estiver de lado, visto da perspetiva da Terra.
"A fim de usar as ondas
gravitacionais para medir a distância, precisávamos de conhecer essa
orientação," explicou Adam Deller, da Universidade de Tecnologia de
Swinburne, na Austrália.
Durante um período de meses,
os astrónomos usaram os radiotelescópios para medir o movimento de um jato
super-rápido de material ejetado da explosão. "Nós usámos estas medições,
juntamente com simulações hidrodinâmicas detalhadas, para determinar o ângulo
de orientação, permitindo assim a utilização das ondas gravitacionais para
descobrir a distância," disse Ehud Nakar da Universidade de Tel Aviv.
Os cientistas dizem que esta
única medição, de um evento a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, ainda
não é suficiente para resolver a incerteza, mas a técnica agora pode ser
aplicada a futuras fusões de estrelas de neutrões detetadas com ondas
gravitacionais.
"Pensamos que mais 15
eventos deste tipo, que podem ser observados tanto com ondas gravitacionais
quanto em grande com radiotelescópios, podem resolver o problema," disse
Kenta Hotokezaka, da Universidade de Princeton. "Este seria um avanço
importante na nossa compreensão de um dos aspetos mais importantes do
Universo," acrescentou.
Fonte: Astronomia OnLine
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