Nova medição da expansão do Universo sugere resolução de um conflito

Ao longo da última década, os cientistas têm tentado resolver o que parecia ser uma grande inconsistência no Universo.

Os cientistas fizeram um novo cálculo da velocidade a que o Universo se está a expandir, utilizando dados obtidos pelo poderoso Telescópio Espacial James Webb de múltiplas galáxias. Na imagem, obtida pelo Webb, está NGC 1365, uma dessas galáxias. Crédito: NASA, ESA, CSA, Janice Lee (NOIRLab), Alyssa Pagan (STScI)

O Universo expande-se ao longo do tempo, mas a velocidade a que se expande parece ser diferente consoante se olha para o início da história do Universo ou para os dias de hoje. A ser verdade, isto teria sido um grande problema para o modelo padrão que representa a nossa melhor compreensão do Universo. Mas graças ao Telescópio Espacial James Webb, cientistas da Universidade de Chicago conseguiram obter novos e melhores dados - sugerindo que, afinal, pode não haver conflito.

"Estas novas evidências sugerem que o nosso Modelo Padrão do Universo está a aguentar-se", disse a professora Wendy Freedman da Universidade de Chicago, uma figura de destaque no debate sobre este ritmo de expansão, conhecida como a Constante de Hubble.

"Não quer dizer que não encontremos coisas no futuro que sejam inconsistentes com o modelo, mas, de momento, a Constante de Hubble não parece ser o caso", afirmou.

Os novos resultados foram publicados na edição de 27 de maio da revista The Astrophysical Journal.

Espaço, estrelas e supernovas

Existem atualmente duas abordagens principais para calcular a velocidade a que o nosso Universo se está a expandir.

A primeira abordagem consiste em medir a luz remanescente do Big Bang, que ainda está a viajar pelo Universo. Esta radiação, conhecida como radiação cósmica de fundo em micro-ondas, informa os astrónomos acerca das condições nos primeiros tempos do Universo.

Freedman é especialista numa segunda abordagem, que consiste em medir a velocidade a que o Universo se está a expandir neste momento, na nossa vizinhança astronómica local. Paradoxalmente, isto é muito mais complicado do que ver para trás no tempo, porque medir distâncias com precisão é um grande desafio.

Ao longo do último meio século, os cientistas descobriram uma série de formas de medir distâncias relativamente próximas. Uma delas baseia-se na captação da luz de uma determinada classe de estrelas no seu pico de brilho, quando explodem como supernova no final da sua vida.

Se conhecermos o brilho máximo destas supernovas, a medição das suas luminosidades aparentes permite-nos calcular a sua distância. Observações adicionais dizem-nos a que velocidade a galáxia em que a supernova ocorreu se está a afastar de nós. Freedman foi também pioneira em dois outros métodos que utilizam o que sabemos sobre dois outros tipos de estrelas: as estrelas gigantes vermelhas e as estrelas de carbono.

No entanto, há muitas correções que têm de ser aplicadas a estas medições antes de se poder declarar uma distância final. Em primeiro lugar, os cientistas têm de ter em conta a poeira cósmica que obscurece a luz entre nós e estas estrelas distantes nas suas galáxias hospedeiras. Têm também de verificar e corrigir as diferenças de luminosidade que podem surgir ao longo do tempo cósmico. E, finalmente, têm de ser identificadas e corrigidas as incertezas subtis da instrumentação utilizada para efetuar as medições.

Mas com os avanços tecnológicos, como o lançamento do muito mais potente Telescópio Espacial James Webb, em 2021, os cientistas têm conseguido aperfeiçoar cada vez mais estas medições.

"Mais do que duplicámos a nossa amostra de galáxias utilizadas para calibrar as supernovas", disse Freedman. "A melhoria estatística é significativa. Isto reforça consideravelmente o resultado".

O último cálculo de Freedman, que incorpora dados do Telescópio Hubble e do Telescópio Espacial James Webb, determina um valor de 70,4 quilómetros por segundo por megaparsec, mais ou menos 3%.

Isto coloca o seu valor em concordância estatística com as medições recentes da radiação cósmica de fundo, que é de 67,4, mais ou menos 0,7%.

O Webb tem uma resolução quatro vezes superior à do Telescópio Hubble, o que lhe permite identificar estrelas individuais anteriormente detetadas em grupos desfocados. É também cerca de 10 vezes mais sensível, o que permite uma maior precisão e a capacidade de encontrar objetos de interesse ainda mais ténues.

"Estamos realmente a ver como o Telescópio Espacial James Webb é fantástico para medir com precisão as distâncias das galáxias", disse o coautor Taylor Hoyt do Laboratório Lawrence Berkeley no estado norte-americano da Califórnia. "Utilizando os seus detetores infravermelhos, podemos ver através da poeira que, historicamente, tem dificultado a medição exata das distâncias, e podemos medir com muito maior precisão o brilho das estrelas", acrescentou o coautor Barry Madore, do Instituto Carnegie em Washington.

"Extraordinariamente difícil"

Freedman explicou que os astrofísicos têm tentado encontrar uma teoria que explique os diferentes ritmos de expansão à medida que o Universo envelhece.

"Há mais de mil artigos científicos a tentar atacar este problema e revelou-se extraordinariamente difícil de resolver", disse.

Os cientistas ainda estão a tentar encontrar falhas no Modelo Padrão que descreve o Universo, o que poderia fornecer pistas sobre a natureza de dois grandes mistérios pendentes - a matéria escura e a energia escura. Mas a Constante de Hubble parece cada vez mais não ser o sítio onde procurar.

Freedman e a sua equipa vão usar o Telescópio Webb no próximo ano para obter medições num grupo de galáxias chamado Enxame de Coma, que deverá fornecer mais dados de um ângulo diferente, disse ela. "Estas medições permitir-nos-ão medir a constante de Hubble diretamente, sem o passo adicional de precisar das supernovas".

"Estou otimista quanto à resolução deste problema nos próximos anos, à medida que aumentamos a precisão para fazer estas medições", disse.

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