Qual a idade do Universo? As estrelas mais antigas nos dão uma pista.

 Pesquisadores da Universidade de Bolonha, do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP) e de outros institutos propuseram uma nova maneira de abordar a "tensão de Hubble" comparando estimativas da idade do Universo em vez de sua taxa de expansão. Usando dados estelares precisos, eles determinaram as idades de estrelas muito antigas da Via Láctea cuidadosamente selecionadas e encontraram uma idade mais provável de cerca de 13,6 bilhões de anos.

Sob a hipótese do modelo cosmológico padrão, essa idade é inconsistente com o Universo mais jovem sugerido pelas medições de expansão baseadas em Cefeidas e Supernovas, mas é compatível com a idade mais antiga inferida a partir de observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas — adicionando, assim, uma nova perspectiva ao debate em curso sobre a tensão de Hubble. 

As estrelas mais antigas da Via Láctea fornecem informações sobre a idade do universo. Crédito: Elena Tomasetti 

Uma das questões mais debatidas na cosmologia moderna é o valor da constante de Hubble, que mede a velocidade de expansão do Universo atualmente. Durante anos, os diferentes métodos tradicionais apresentaram resultados inconsistentes e, apesar de muitos esforços, ainda não há uma explicação clara. Desde a missão espacial Gaia, nossa Via Láctea tem se tornado cada vez mais um "laboratório de perto" para a cosmologia.

O estudo da Universidade de Bolonha e do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (AIP) abre uma abordagem alternativa aos métodos utilizados até agora. Em vez de buscar as discrepâncias diretamente na taxa de expansão, elas foram traduzidas em uma chamada tensão de idade. Os modelos cosmológicos relacionam a taxa atual de expansão do Universo diretamente à sua idade: um valor mais alto da constante de Hubble implica um Universo mais jovem, enquanto um valor menor corresponde a um Universo mais velho.

As medições da constante de Hubble atualmente em tensão, baseadas em medições no Universo local a partir de Cefeidas e Supernovas, por um lado, e no Universo primordial a partir da radiação cósmica de fundo, por outro, correspondem a idades cósmicas de cerca de 13 e 14 bilhões de anos, respectivamente. Mas qual dessas duas idades é a correta?

O Universo não pode ser mais jovem do que as estrelas mais antigas que o compõem. Se, portanto, as idades das estrelas mais antigas da nossa Galáxia puderem ser medidas com alta precisão, um limite inferior robusto para a idade do Universo poderá ser estabelecido. 

O projeto foi iniciado por uma colaboração incomum entre dois campos de pesquisa tradicionalmente separados: um grupo de cosmologia da Universidade de Bolonha e um grupo de arqueologia estelar do AIP. O trabalho baseou-se em um catálogo existente de idades estelares de um estudo anterior do AIP, no qual idades precisas foram medidas combinando múltiplas informações sobre o brilho, a posição e a distância de mais de 200.000 estrelas na Via Láctea. Um elemento crucial foi o uso do terceiro conjunto de dados da missão Gaia da ESA, que fornece paralaxes e espectros excepcionalmente precisos e, portanto, parâmetros estelares aprimorados para um grande número de estrelas próximas.

A partir desse extenso conjunto de dados, compilou-se uma amostra cuidadosamente selecionada das estrelas mais antigas com as estimativas de idade mais confiáveis. O foco foi na qualidade em vez da quantidade, escolhendo apenas estrelas cujas idades pudessem ser determinadas de forma robusta pelo código StarHorse e removendo potenciais contaminantes. O resultado: para a amostra final de cerca de cem estrelas, a idade mais provável é de aproximadamente 13,6 bilhões de anos. Isso é muito antigo para ser compatível com a idade do Universo inferida a partir de Cefeidas e Supernovas (a menos que outros elementos nos modelos cosmológicos sejam alterados), mas está em boa consonância com a idade cósmica inferida a partir da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

“Este projeto demonstra de forma brilhante como a combinação de conhecimentos de diferentes áreas pode abrir novas perspectivas para questões fundamentais. Medir a idade das estrelas é, por si só, um desafio complexo, mas vivemos agora numa era em que a quantidade e a qualidade dos dados disponíveis nos permitem alcançar uma precisão sem precedentes e, pela primeira vez, resultados estatisticamente significativos. Com a próxima divulgação de dados da Gaia no horizonte, as idades estelares poderão tornar-se um pilar fundamental para a cosmologia”, afirma Elena Tomasetti, da Universidade de Bolonha e primeira autora do estudo.

"Com a Gaia, a Via Láctea tornou-se efetivamente um laboratório de cosmologia de campo próximo. Agora podemos estimar a idade das estrelas com uma precisão sem precedentes. O próximo avanço será a exatidão, ancorando a linha do tempo galáctica com muito mais certeza. O conceito da missão HAYDN, com a participação do AIP, visa dar esse passo decisivo", acrescenta Cristina Chiappini, do AIP.

Embora esses resultados ainda não sejam conclusivos devido às incertezas remanescentes nas estimativas da idade estelar, eles fornecem uma importante restrição independente no debate sobre a tensão de Hubble. Ao mesmo tempo, destacam o potencial da cosmologia de campo próximo e, em particular, da pesquisa no AIP para abordar questões cosmológicas fundamentais usando os "fósseis" mais antigos da Via Láctea. Com o quarto lançamento de dados do Gaia, espera-se um progresso significativo adicional — e, com ele, restrições ainda mais fortes sobre a idade do Universo e o valor da constante de Hubble.

Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam