Qual a velocidade de expansão do universo? Uma supernova pode fornecer a resposta.

Sabe-se há quase cem anos que o universo está em expansão, mas quão rápido? A taxa exata dessa expansão continua sendo objeto de intenso debate, chegando a desafiar o modelo padrão da cosmologia. Uma equipe de pesquisa da Universidade Técnica de Munique (TUM), da Universidade Ludwig Maximilians (LMU) e dos Institutos Max Planck (MPA e MPE) obteve imagens e modelou uma supernova excepcionalmente rara que pode fornecer uma nova maneira independente de medir a velocidade de expansão do universo. Os estudos foram publicados no servidor de pré-impressões arXiv . 

Supernova Winny. Crédito: Grupo de Pesquisa SN Winny 

A supernova é uma rara explosão estelar superluminosa , a 10 bilhões de anos-luz de distância, e muito mais brilhante do que as supernovas típicas. Ela também é especial de outra forma: a supernova única aparece cinco vezes no céu noturno, como fogos de artifício cósmicos, devido a um fenômeno conhecido como lente gravitacional. 

Duas galáxias em primeiro plano curvam a luz da supernova enquanto ela viaja em direção à Terra, forçando-a a percorrer trajetórias diferentes. Como essas trajetórias têm comprimentos ligeiramente diferentes, a luz chega em momentos diferentes. Ao medir os intervalos de tempo entre as múltiplas cópias da supernova, os pesquisadores podem determinar a taxa de expansão atual do universo, conhecida como constante de Hubble. 

Sherry Suyu, professora associada de Cosmologia Observacional na TUM e pesquisadora do Instituto Max Planck de Astrofísica, explica: "Apelidamos essa supernova de SN Winny, inspirados por sua designação oficial SN 2025wny. É um evento extremamente raro que pode desempenhar um papel fundamental na melhoria da nossa compreensão do cosmos.

A chance de encontrar uma supernova superluminosa perfeitamente alinhada com uma lente gravitacional adequada é menor que uma em um milhão. Passamos seis anos procurando por um evento assim, compilando uma lista de lentes gravitacionais promissoras, e em agosto de 2025, a SN Winny coincidiu exatamente com uma delas."

Grande telescópio binocular no Monte Graham, Arizona, EUA. Crédito: Dr. Christoph Saulder / MPE

Imagem colorida de alta resolução de uma supernova única.

Como as supernovas com lentes gravitacionais são tão raras, apenas algumas medições desse tipo foram tentadas até hoje. A precisão dessas medições depende muito da capacidade de determinar as massas das galáxias que atuam como lentes, pois essas massas controlam a intensidade com que a luz da supernova é curvada.

Para medir essas massas, os membros da equipe do MPE e da LMU obtiveram imagens com o Grande Telescópio Binocular no Arizona, EUA, usando seus dois espelhos de 8,4 metros de diâmetro e um sistema de óptica adaptativa que corrige o desfoque atmosférico. O resultado é a primeira imagem colorida de alta resolução desse sistema publicada até o momento.

As observações revelam as duas galáxias-lente em primeiro plano no centro e cinco cópias azuladas da supernova — que lembram a explosão de um fogo de artifício. Isso é bastante incomum, já que sistemas de lentes em escala galáctica normalmente produzem apenas duas ou quatro cópias. Usando as posições de todas as cinco cópias, Allan Schweinfurth (TUM) e Leon Ecker (LMU), pesquisadores juniores da equipe, construíram o primeiro modelo da distribuição de massa da lente.

"Até agora, a maioria das supernovas com lentes gravitacionais eram ampliadas por aglomerados de galáxias massivos, cujas distribuições de massa são complexas e difíceis de modelar", diz Schweinfurth.

"A supernova Winny, no entanto, é afetada pela lente gravitacional de apenas duas galáxias individuais. Encontramos distribuições de luz e massa suaves e regulares para essas galáxias, sugerindo que elas ainda não colidiram no passado, apesar de sua aparente proximidade. A simplicidade geral do sistema oferece uma oportunidade empolgante para medir a taxa de expansão do universo com alta precisão."

Dois métodos, dois resultados muito diferentes.

Até agora, os cientistas têm se baseado principalmente em dois métodos para medir a constante de Hubble, mas esses métodos produzem resultados conflitantes. Esse enigma é conhecido como a tensão de Hubble.

O primeiro método é o local, que mede as distâncias até as galáxias um passo de cada vez, como subir uma escada, onde cada degrau depende do anterior; por isso, é chamado de escada de distâncias cósmicas. Ele usa objetos com brilho bem conhecido para estimar as distâncias e, em seguida, compara essas distâncias com a velocidade com que as galáxias estão se afastando. Como esse método envolve muitas etapas de calibração, mesmo pequenos erros podem se acumular e afetar o resultado final.

O segundo método olha muito mais para trás no tempo. Ele estuda a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o tênue brilho residual do Big Bang, e usa modelos do universo primitivo para calcular a taxa de expansão atual. Essa abordagem é altamente precisa, mas depende muito de suposições sobre como o universo evoluiu, e essas suposições ainda são objeto de debate.

Uma nova abordagem, em uma única etapa, para a constante de Hubble.

Um terceiro método independente entra agora em cena: o uso de uma supernova com lente gravitacional. Stefan Taubenberger, membro importante da equipe do Professor Suyu e primeiro autor do estudo de identificação de supernovas , explica que, ao medir os atrasos temporais entre as múltiplas cópias da supernova e conhecendo a distribuição de massa da galáxia que causa a lente, os cientistas podem calcular diretamente a constante de Hubble: "Ao contrário da escada de distâncias cósmicas, este é um método de etapa única, com menos fontes de incertezas sistemáticas e completamente diferentes."

Atualmente, astrônomos do mundo todo estão observando a supernova Winny em detalhes, utilizando telescópios terrestres e espaciais. Os resultados obtidos fornecerão novas informações cruciais e ajudarão a esclarecer a antiga controvérsia em torno do Observatório de Hubble.

Phys.com