Modelo de lente gravitacional forte em aglomerados de galáxias pixelizado melhora a precisão da medição da constante de hubble

Pela primeira vez, uma equipe internacional de pesquisadores liderada pelo Observatório Astronômico de Xangai (SHAO), da Academia Chinesa de Ciências, mostrou que usar um modelo de lente gravitacional forte pixelizado em escala de aglomerados de galáxias pode aumentar muito a precisão da constante de Hubble (H0)

Supernova fortemente lenteada: SN Encore no aglomerado de galáxias MACS J0138.0-2155. Crédito: NASA, ESA, CSA, STScI, Justin Pierel, Andrew Newman

Essa constante é um número importante que indica a velocidade com que o universo está se expandindo.

Os resultados foram publicados na revista *Monthly Notices of the Royal Astronomical Society* e abrem um novo caminho para medir distâncias no universo de forma precisa, usando supernovas que sofrem lente gravitacional forte.

O que é a constante de Hubble e por que ela é importante?

A constante de Hubble (H0) mede a taxa atual de expansão do universo e é fundamental na cosmologia moderna. No entanto, há um problema chamado “tensão de H0”: medições feitas com dados do universo primordial (como a radiação cósmica de fundo) diferem em mais de 5? das feitas com o universo mais recente (como supernovas do tipo Ia). Para resolver isso, é essencial encontrar um método independente e muito preciso.

Como funcionam as supernovas com lente gravitacional forte?

Essas supernovas aparecem em múltiplas imagens devido à curvatura da luz causada pela gravidade de um aglomerado de galáxias no caminho. Medindo o atraso de tempo entre essas imagens, podemos calcular distâncias cósmicas diretamente e estimar H0. Esse método não depende da “escada de distâncias cósmicas” (uma cadeia de medições interligadas) e, em teoria, pode ser extremamente preciso. O grande obstáculo atual é a incerteza no modelo da distribuição de massa do aglomerado que causa a lente.

O que os pesquisadores fizeram?

Baseados em trabalhos anteriores do projeto CURLING, a equipe criou um modelo de lente forte pixelizado (dividido em pequenos quadrados, como pixels de uma foto). Eles testaram isso em um sistema parecido com a supernova “Requiem”, no aglomerado de galáxias MACS J0138.0-2155, e compararam com o método tradicional (que usa apenas posições pontuais das imagens).

Resultado principal: O modelo pixelizado reduziu a margem de erro para apenas ±0,8 km/s/Mpc – mais de 10 vezes melhor que o método antigo!

Isso acontece porque o modelo usa toda a informação da luz espalhada nas imagens em forma de arco (criadas pela lente), e não só as posições. Com dados de alta resolução, como os do Telescópio Espacial James Webb (James Webb), erros sistemáticos diminuem muito. Assim, supernovas com lente forte podem se tornar uma ferramenta poderosa para medir o universo com precisão. 

Simulações para o futuro

Os cientistas simularam observações de telescópios futuros:

– No levantamento LSST do Observatório Rubin, os atrasos de tempo poderiam ter erro de cerca de 1,5%.

– Com o Telescópio Estação Espacial Chinesa (CSST-MCI), a precisão seria ainda maior. Combinado com o modelo pixelizado, poderia medir H0 com erro de apenas 0,1 km/s/Mpc.

Esses achados mostram que a maior limitação agora é a incerteza no modelo da lente. Usar imagens de alta resolução + modelo pixelizado pode levar a medições de H0 com precisão de 1% em breve.

O que dizem os autores?

“O modelo pixelizado usa toda a informação contida nos arcos de luz curvada, em vez de depender só das posições das imagens múltiplas. É um passo chave para uma cosmologia de alta precisão com lentes em escala de aglomerados”, explicou o Dr. Xie Yushan, principal autor do estudo.

“Com o James Webb, o Euclid e o futuro Telescópio da Estação Espacial Chinesa, estamos entrando em uma era dourada da pesquisa com lentes gravitacionais. Este trabalho mostra o enorme potencial para medições cosmológicas precisas quando tivermos mais amostras de supernovas com lente”, disse o Prof. Shan Huanyuan, autor correspondente.

Terrarara.com.br