A maior crise da cosmologia pode finalmente ter uma solução: WebCuriosos

Um problema persistente e incômodo com a velocidade de expansão do Universo pode não exigir uma reescrita de tudo o que sabemos sobre a física.

Novas medições feitas com o Telescópio Espacial James Webb sugerem que o Universo local está se afastando de nós a uma taxa de cerca de 70 quilômetros (cerca de 43 milhas) por segundo por megaparsec.

Isso é enorme se for verdade. Poderia finalmente resolver uma discrepância entre as medições da expansão acelerada do Universo que tem atormentado os cientistas durante quase um século: a tensão de Hubble, por vezes chamada de a maior crise da cosmologia.

Precisaremos de muito mais trabalho antes de podermos declarar o problema definitivamente resolvido, mas as novas medições – feitas usando três tipos diferentes de estrelas – podem ser um avanço significativo. As conclusões foram submetidas a O Jornal Astrofísico e estão disponíveis em arXiv.

“Com base nestes novos dados do JWST e usando três métodos independentes, não encontramos fortes evidências de uma tensão Hubble”, diz a astrônoma Wendy Freedman da Universidade de Chicago. “Pelo contrário, parece que o nosso modelo cosmológico padrão para explicar a evolução do Universo está a aguentar-se.”

Aqui está o acordo. O Universo está se expandindo a uma taxa acelerada conhecida como constante de Hubble. Para calcular esta constante, podemos utilizar diferentes tipos de observáveis, cada um fornecendo as suas próprias medidas.

Os observáveis ​​do Universo primitivo incluem a radiação cósmica de fundo em micro-ondas – que é a radiação de micro-ondas que sobrou da primeira luz que fluiu através do Universo – e oscilações acústicas bariônicas, que são padrões na propagação de galáxias distantes consistentes com ondas que uma vez ondularam através do Universo primitivo. .

Estes dois sinais são conhecidos como réguas padrão, porque sabemos o seu tamanho. Eles permitem-nos obter diretamente medições de distância precisas e sugerem que o Universo está a expandir-se a uma taxa acelerada de cerca de 67,4 quilómetros por segundo por megaparsec.

Os sinais do Universo próximo são conhecidos como velas padrão. Estes são objetos de brilho intrínseco conhecido, como estrelas variáveis ​​Cefeidas e supernovas do Tipo Ia. Como sabemos o quão brilhantes eles são, também podemos calcular com precisão a sua distância. E sugerem uma constante de Hubble de cerca de 74 quilómetros por segundo por megaparsec.

Agora, ambos os tipos de medição têm barras de erro que se sobrepõem, portanto esta discrepância não é o fim da cosmologia como a conhecemos. Mas seria muito bom chegar com confiança a um número mais preciso para uma taxa de expansão. Ou, se houver múltiplas taxas de expansão, uma explicação de por que diferentes partes do Universo se expandem de maneira diferente.

Freedman vem trabalhando há alguns anos na medição da constante de Hubble usando métodos diferentes das velas padrão mais tradicionais. Em particular, ela tem se concentrado nas estrelas na ponta do ramo das gigantes vermelhas, ou estrelas TRGB.

Estas estrelas atingem tamanho e brilho uniformes, tornando-as uma ferramenta precisa para medir a distância até galáxias próximas. Usando observações de vários instrumentos, como Hubble e GaiaFreedman e seus colegas fizeram várias medições de TRGB que retornaram uma constante de Hubble de cerca de 69 a 70 quilômetros por segundo por megaparsec.

Entre no Telescópio Espacial James Webb, que é o telescópio espacial mais poderoso já implantado. Agora, Freedman e sua equipe usaram-no também para medir estrelas TRGB, bem como estrelas variáveis ​​Cefeidas, e um tipo de estrela gigante rica em carbono que, dizem, é um novo tipo de vela padrão com base em seu brilho estável.

Ao medir as distâncias a todas as três estrelas de forma independente, os investigadores obtiveram uma riqueza de dados que poderiam usar para verificar erros sistemáticos e obter uma medição independente da constante de Hubble.

Para as estrelas TRGB, os pesquisadores obtiveram um valor de 69,85 quilômetros por segundo por megaparsec. Para as estrelas de carbono, obtiveram 67,96. As variáveis ​​Cefeidas eram um pouco atípicas, em 72,05, mas as barras de erro para todas as três se sobrepõem.

“Conseguir um bom acordo entre três tipos de estrelas completamente diferentes é, para nós, um forte indicador de que estamos no caminho certo”. Freedman diz.

Ainda não estamos fora de perigo. Embora a medição esteja dentro das barras de erro tanto das réguas padrão quanto das velas padrão, estamos derivando valores diferentes há muito tempo para que o problema seja resolvido de forma tão abrupta. Na verdade, no início deste ano, uma medição JWST de estrelas variáveis ​​Cefeidas e supernovas do Tipo Ia foi usada para confirmar a medição do Hubble de 73 quilómetros por segundo por megaparsec.

Então, precisaremos de muito mais medições, remedições e medições novamente. Só para ter certeza. No entanto, os novos números sugerem que variáveis ​​entre diferentes observáveis ​​ainda podem realmente explicar a discrepância, sem a necessidade de introduzir quaisquer novas teorias importantes.

Ainda assim, quem sabe? Talvez até encontremos alguma nova física em busca de uma resposta, afinal.

A pesquisa foi submetida a O Jornal Astrofísicoe está disponível em arXiv.