O "barítono" das gigantes vermelhas permite medir melhor as distâncias cósmicas

Num Universo em constante expansão, medir distâncias cósmicas é como tentar encontrar uma régua fiável num vasto tecido sempre em expansão. Uma ferramenta que os astrofísicos utilizam é a constante de Hubble (H0), que mede a rapidez com que o Universo se está a expandir e define a idade e o tamanho observável do Universo.

A Grande Nuvem de Magalhães. Crédito: CTIO/NOIRLab/NSF/AURA/SMASH/D. Nidever (Universfidade do Estado de Montana); processamento de iamgem - Travis Rector (Universidade do Alaska em Anchorage), Mahdi Zamani e Davide de Martin 

No entanto, existe uma discordância quanto ao valor de H0 devido a medições contraditórias derivadas de vários objetos celestes. Este debate significa que a nossa compreensão da física básica do Universo está incompleta. Os riscos são elevados e a chave para encontrar uma solução é melhorar significativamente a exatidão das medições de distância baseadas nas estrelas.

Agora, um estudo do professor Richard I. Anderson da EPFL (École Polytechnique Fédérale de Lausanne, na Suíça), do antigo estagiário de investigação de verão Nolan Koblischke (atualmente na Universidade de Toronto) e de Laurent Eyer (Universidade de Genebra), refina as medições de distâncias cósmicas usando os sinais sonoros das gigantes vermelhas: "descobrimos que as oscilações acústicas das estrelas gigantes vermelhas nos dizem como medir melhor as distâncias cósmicas usando o método da ponta do ramo das gigantes vermelhas", diz Anderson.

Medindo distâncias cósmicas com gigantes vermelhas

Primeiro há que explicar alguns termos. As "gigantes vermelhas" são estrelas que estão a envelhecer. Adotam uma tonalidade avermelhada à medida que esgotam o hidrogénio nos seus núcleos e utilizam o hidrogénio exterior, o que as torna maiores e mais frias.

Nos diagramas astronómicos, esta evolução leva ao "Ramo das gigantes vermelhas", um desvio devido ao aumento do brilho da estrela. A ponta do ramo das gigantes vermelhas é um ponto crítico onde estas estrelas inflamam o hélio, invertendo a evolução do brilho.

Este ponto, marcado por menos estrelas brilhantes acima dele [no diagrama de Hertzsprung–Russell], serve como uma "vela padrão" para medições de distâncias cósmicas: ao compararem o seu brilho conhecido com o brilho observado em galáxias distantes, os astrónomos podem calcular a distância, tal como estimar a distância de uma lâmpada pela sua luminosidade.

Cantando no escuro

Os investigadores analisaram dados do projeto OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment) e da missão Gaia da ESA para examinar as gigantes vermelhas na Grande Nuvem de Magalhães, que é uma galáxia companheira próxima que orbita a Via Láctea e que serve de laboratório crucial para compreender a física das estrelas.

Numa reviravolta surpreendente, os cientistas descobriram que todas as estrelas da ponta do ramo das gigantes vermelhas variam de brilho periodicamente; as ondas sonoras viajam através das estrelas como sismos na Terra, fazendo-as oscilar. Embora estas oscilações já fossem conhecidas anteriormente, não se sabia da sua importância para as medições de distância. Mas agora, permitiram aos investigadores distinguir as estrelas por idade, fornecendo uma abordagem mais diferenciada para medir as distâncias no Universo.

Anderson explica: "As estrelas gigantes vermelhas mais jovens, perto da ponta do ramo das gigantes vermelhas, são um pouco menos brilhantes do que as suas primas mais velhas, e as oscilações acústicas que observamos como flutuações de brilho permitem-nos compreender com que tipo de estrela estamos a lidar: as estrelas mais velhas oscilam a uma frequência mais baixa - tal como um barítono canta com uma voz mais grave do que um tenor!"

Esta distinção é crucial para garantir medições de distâncias altamente exatas necessárias para a cosmologia e para obter o melhor mapa do Universo local, uma vez que as estrelas gigantes vermelhas existem em praticamente todas as galáxias.

O estudo também identifica várias melhorias no método da ponta do ramo das gigantes vermelhas, essenciais para compreender os recentes debates sobre a tensão de Hubble. "Agora que podemos distinguir as idades das gigantes vermelhas que compõem a ponta do ramo das gigantes vermelhas, podemos melhorar ainda mais a medição da constante de Hubble com base nisso", diz Anderson.

"Tais melhorias irão testar ainda mais a tensão de Hubble e podem levar a novos conhecimentos inovadores sobre os processos físicos básicos que decidem como o Universo evolui."

Fonte: Astronomia OnLine