Descoberta de cinco supernovas pode solucionar um mistério cósmico centenário

Uma supernova extraordinariamente rara, com lente gravitacional, pode oferecer uma nova e poderosa maneira de medir a taxa de expansão do universo.

Uma supernova rara e superluminosa, localizada a 10 bilhões de anos-luz de distância, apareceu cinco vezes no céu devido ao efeito de lente gravitacional causado por duas galáxias em primeiro plano. Crédito: Shutterstock

Os astrônomos sabem há quase um século que o universo está em expansão. O que permanece incerto é a velocidade exata dessa expansão. O valor, chamado constante de Hubble, ainda é intensamente debatido e até mesmo levanta questões sobre o modelo padrão da cosmologia.

Agora, pesquisadores da Universidade Técnica de Munique (TUM), da Universidade Ludwig Maximilians (LMU) e dos Institutos Max Planck MPA e MPE capturaram e analisaram uma supernova extraordinariamente rara. Suas observações podem oferecer uma maneira completamente independente de calcular a velocidade de crescimento do universo.

O objeto é uma supernova superluminosa localizada a cerca de 10 bilhões de anos-luz da Terra. Ela brilha muito mais intensamente do que as explosões estelares típicas. O que a torna ainda mais notável é a forma como aparece no céu. Em vez de um único ponto de luz, ela surge cinco vezes, criando um padrão que lembra fogos de artifício cósmicos. Esse efeito é causado pela lente gravitacional.

À medida que a luz da supernova viaja em direção à Terra, ela passa por duas galáxias massivas em primeiro plano. A gravidade delas curva e redireciona a luz por rotas diferentes. Como cada trajetória tem um comprimento ligeiramente diferente, a luz de cada imagem chega até nós em momentos diferentes. Medindo cuidadosamente esses atrasos temporais, os cientistas podem determinar a taxa de expansão atual do universo.

Imagem de alta resolução capturada com o Grande Telescópio Binocular no Monte Graham, Arizona, EUA, mostrando as duas galáxias-lente em um tom quente e as cinco cópias da supernova Winny em azul. Crédito: Grupo de Pesquisa da Supernova Winny

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.”

Imagem colorida de alta resolução de uma supernova única.

Supernovas com lentes gravitacionais são excepcionalmente raras, e apenas um pequeno número delas foi utilizado para esse tipo de medição. A confiabilidade dos resultados depende da precisão com que os astrônomos conseguem calcular as massas das galáxias que curvam a luz. A massa determina a intensidade da deflexão da luz. 

Para refinar essas medições, pesquisadores do MPE e da LMU utilizaram o Grande Telescópio Binocular no Arizona, EUA. Equipado com dois espelhos de 8,4 metros e um sistema de óptica adaptativa que corrige a distorção atmosférica, o telescópio forneceu imagens extremamente nítidas. A equipe produziu a primeira imagem colorida de alta resolução desse sistema publicada até o momento.

As imagens mostram as duas galáxias que atuam como lentes gravitacionais no centro, cercadas por cinco imagens azuladas da mesma supernova, que lembram um fogo de artifício explodindo. Essa configuração é incomum, pois sistemas de lentes em escala galáctica normalmente criam apenas duas ou quatro imagens. Usando as posições precisas das cinco imagens, Allan Schweinfurth (TUM) e Leon Ecker (LMU), membros juniores da equipe de pesquisa, desenvolveram o primeiro modelo detalhado de como a massa está distribuída nas galáxias que atuam como lentes gravitacionais.

“Até agora, a maioria das supernovas com lente gravitacional eram ampliadas por aglomerados de galáxias massivos, cujas distribuições de massa são complexas e difíceis de modelar”, diz Allan Schweinfurth. “A SN Winny, no entanto, tem sua lente gravitacional formada por 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, a maioria das medições da constante de Hubble baseou-se em duas técnicas principais, e elas não concordam. Essa discrepância é conhecida como tensão de Hubble. 

A primeira abordagem concentra-se no universo relativamente próximo. Os astrônomos medem as distâncias até as galáxias passo a passo, de forma semelhante a subir uma escada, razão pela qual é chamada de escada de distâncias cósmicas. Eles usam objetos com brilho bem conhecido para determinar as distâncias e, em seguida, comparam essas distâncias com a velocidade com que as galáxias estão se afastando de nós. Como essa técnica envolve várias etapas de calibração, mesmo pequenas incertezas podem se acumular e influenciar o valor final. 

O segundo método volta-se para o universo primordial. Ele analisa a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, a tênue radiação remanescente do Big Bang , e aplica modelos de evolução cósmica para estimar a taxa de expansão atual. Embora esse método produza resultados altamente precisos, ele depende fortemente de pressupostos sobre como o universo mudou ao longo de bilhões de anos, e esses pressupostos ainda estão em discussão. 

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

Uma terceira estratégia oferece agora uma alternativa independente: estudar uma supernova com lente gravitacional. Stefan Taubenberger, membro fundamental da equipe do Professor Suyu e primeiro autor do estudo de identificação de supernovas, explica que medir os atrasos temporais entre as múltiplas imagens, combinado com um modelo preciso da distribuição de massa da galáxia que causa a lente, permite aos pesquisadores determinar 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.”

Astrônomos de todo o mundo continuam monitorando a supernova Winny usando telescópios terrestres e espaciais. Os dados coletados podem fornecer novas evidências valiosas e ajudar a resolver uma das divergências mais persistentes na cosmologia moderna.

Scitechdaily.com