A gravidade ampliou uma supernova, adicionando uma reviravolta à tensão do Hubble: WebCuriosos

A luz de uma supernova que viajou durante 10 mil milhões de anos para chegar até nós deu-nos uma nova medição da constante de Hubble – a taxa de aceleração à qual o Universo se está a expandir.

Chamado SN H0pe, é um dos mais distantes Supernovas tipo Ia que já vimos, e as medições da taxa a que parece estar a recuar deram uma constante de Hubble de 75,4 quilómetros por segundo por megaparsec.

Isso nos deixa em apuros. As medições do Universo primitivo baseadas num método diferente, conhecido como “régua padrão”, tendem a apresentar resultados mais lentos, de cerca de 67 quilómetros por segundo por megaparsec.

Embora SN H0pe apareça como era 4 bilhões de anos após o Big Bang, está muito mais atrás no tempo do que outros 'vela padrão' medições feitas no Universo próximo, que são de cerca de 73 quilómetros por segundo por megaparsec – sugerindo que a tensão é consistente em todo o Universo visível, até onde podemos ver.

Isto elimina uma possível explicação para a tensão: que o espaço local está a recuar a uma taxa mais elevada do que o espaço distante. Se uma técnica obtiver os mesmos resultados tanto para o Universo distante quanto para o Universo local, isso sugere que H0 é mais ou menos uniforme.

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OK, podemos explicar. Todo o problema é esta coisa chamada tensão de Hubble – uma discrepância não resolvida entre os resultados de diferentes métodos usados ​​para medir a expansão acelerada do Universo.

A abordagem do governante padrão usa relíquias do Universo primordial. São coisas como a radiação cósmica de fundo em micro-ondas ou densidades fossilizadas na distribuição das galáxias chamadas oscilações acústicas bariônicas.

As velas padrão, por outro lado, são objetos de brilho intrínseco conhecido, como estrelas variáveis ​​Cefeidas e supernovas do Tipo Ia. Como se presume que esses objetos emitem uma quantidade relativamente consistente de luz, podemos descobrir a que distância eles estão medindo seu brilho aparente.

Mas a sua utilidade é limitada pela distância – em algum momento, tornam-se demasiado distantes para serem vistos, por isso são normalmente utilizados apenas para medir a constante de Hubble no Universo local.

H0pe está muito mais longe do que a maioria das supernovas do Tipo Ia que podemos ver. Isso ocorre porque ela é ampliada e triplicada por uma peculiaridade do espaço-tempo conhecida como lente gravitacional.

Em torno de um objeto massivo, como uma galáxia ou aglomerado de galáxias, o espaço-tempo tende a se curvar; qualquer luz que passe por essa curvatura pode ser repetida e ampliada, da mesma forma que o vidro curvo amplia o que quer que esteja por trás dele.

H0pe, como explicamos no ano passado quando a descoberta foi feita, fica atrás de um aglomerado de galáxias. À medida que a luz da supernova viajava através das lentes gravitacionais geradas pelo aglomerado, ela se ampliava e se dividia em três pontos distintos.

“Isso é semelhante a como um espelho de maquiagem triplo apresenta três imagens diferentes de uma pessoa sentada na frente dele. Na imagem de Webb, isso foi demonstrado bem diante de nossos olhos, pois a imagem do meio foi invertida em relação às outras duas imagens, um efeito de 'lente' previsto pela teoria”, diz a cosmóloga Brenda Frye, da Universidade do Arizona.

“Para obter três imagens, a luz percorreu três caminhos diferentes. Como cada caminho tinha um comprimento diferente e a luz viajava à mesma velocidade, a supernova foi fotografada nesta observação de Webb em três momentos diferentes durante a sua explosão.

“Na analogia do espelho triplo, ocorreu um atraso em que o espelho da direita mostrava uma pessoa levantando um pente, o espelho da esquerda mostrava o cabelo sendo penteado e o espelho do meio mostrava a pessoa largando o pente.”

Isto permitiu aos investigadores fazer uma medição detalhada da constante de Hubble no Universo distante usando uma técnica de vela padrão normalmente aplicada apenas ao Universo local. O resultado de 75,4 quilômetros por segundo por megaparsec pode não resolver a tensão, mas restringe qual poderia ser a explicação.

A tensão de Hubble é um dos maiores problemas da cosmologia. Não é remotamente trivial: dir-nos-á quão grande e antigo é o Universo e dar-nos-á medições mais precisas ao longo do espaço-tempo como um todo.

Os astrônomos geralmente usam uma constante de Hubble de cerca de 70 quilômetros por segundo por megaparsec para determinar distâncias até objetos cósmicos – o que é apenas uma estimativa baseada nos melhores dados que temos atualmente.

Resolver a tensão do Hubble será provavelmente uma conquista ganhadora do Nobel. E a boa notícia é que parece que estamos cada vez mais próximos.

As ondas gravitacionais nos deram uma nova ferramenta para tentar restringi-lo – a sirene padrão. Medições padrão da sirene foram feitas; eles estão nas proximidades de réguas e velas padrão, então ainda são inconclusivos, mas é apenas uma questão de tempo agora.

E mais algumas observações do JWST poderiam nos levar até lá. Com apenas mais quatro eventos como o H0pe, o nível de confiança da medição poderia ser melhorado para mais de três sigma. Esse será um bom dia.

O relatório da nova medição foi submetido à O Jornal Astrofísicoe é disponível no servidor de pré-impressão arXiv.