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Medindo a expansão do universo: A importância de medir a velocidade
Os pesquisadores do Cosmic Dawn Center descobriram que as medições de velocidade usadas para determinar a taxa de expansão do universo podem não ser confiáveis.
Por Charles Louis Steinhardt - 29/10/2020


Em ambas as observações, o desvio para o vermelho é medido a partir da clareza da supernova. Mas na observação 2 (Galáxia 2) a medição é feita no material ejetado da explosão. As medições no Galaxy 2 tornam-se mais incertas, pois não sabemos exatamente em cada caso com que rapidez a explosão ejeta o material. No entanto, ainda é feito para obter o máximo de dados possível. Crédito: Niels Bohr Institute

Desde que o astrônomo Edwin Hubble demonstrou que quanto mais distantes duas galáxias estão, mais rápido elas se afastam uma da outra, os pesquisadores mediram a taxa de expansão do universo (a constante de Hubble) e a história dessa expansão. Recentemente, um novo quebra-cabeça surgiu, pois parece haver uma discrepância entre as medições dessa expansão usando radiação no universo primitivo e usando objetos próximos. Pesquisadores do Cosmic Dawn Center, do Niels Bohr Institute, da Universidade de Copenhagen, agora contribuíram para esse debate concentrando-se em medições de velocidade. O resultado foi publicado no Astrophysical Journal .

Os pesquisadores do Cosmic Dawn Center descobriram que as medições de velocidade usadas para determinar a taxa de expansão do universo podem não ser confiáveis. Conforme declarado na publicação, isso não resolve as discrepâncias, mas sugere uma inconsistência adicional na composição do universo.

Medindo a taxa de expansão do universo

Atualmente, os astrônomos medem a expansão do universo usando duas técnicas muito diferentes. Um é baseado na medição da relação entre distância e velocidade de galáxias próximas, enquanto o outro decorre do estudo da radiação de fundo do Universo muito antigo . Surpreendentemente, essas duas abordagens atualmente encontram taxas de expansão diferentes. Se essa discrepância for real, uma nova e bastante dramática reinterpretação do desenvolvimento do universo será a consequência. No entanto, também é possível que a diferença na constante de Hubble possa ser de medições incorretas. É difícil medir distâncias no universo, por isso muitos estudos têm se concentrado em melhorar e recalibrar as medidas de distância. Mas, apesar disso, nos últimos 4 anos o desacordo não foi resolvido.

A velocidade de galáxias remotas é fácil de medir - ou assim pensamos

Em um artigo científico recente, os pesquisadores do Cosmic Dawn Center agora tentam esclarecer um problema relacionado: a medição da velocidade. Dependendo da velocidade com que um objeto remoto se afasta de nós, sua luz muda para cores mais vermelhas. Com este chamado redshift é possível medir a velocidade de um espectro de uma galáxia remota. Ao contrário das medições de distância, até agora presumia-se que as velocidades eram relativamente fáceis de medir.

No entanto, quando os pesquisadores examinaram recentemente as medidas de distância e velocidade de mais de 1000 supernovas (estrelas em explosão) coletadas durante os últimos 25 anos, eles encontraram uma discrepância surpreendente em seus resultados. Albert Sneppen, estudante de mestrado no Niels Bohr Institute explica: "Sempre acreditamos que medir as velocidades era bastante simples e preciso, mas na verdade estamos lidando com dois tipos de redshifts."
 
O primeiro tipo, medindo a velocidade com que a galáxia hospedeira se afasta de nós, é considerado o mais confiável. O outro tipo de desvio para o vermelho mede, em vez disso, a velocidade da matéria ejetada da estrela em explosão dentro da galáxia. Ou, mais precisamente, a matéria da supernova movendo-se em nossa direção com uma pequena porcentagem da velocidade da luz (ilustração 1). Depois de compensar esse movimento extra, o desvio para o vermelho - e a velocidade - da galáxia hospedeira podem ser determinados. Mas essa compensação requer um modelo preciso para a explosão. Os pesquisadores foram capazes de determinar que os resultados dessas duas técnicas diferentes resultam em duas histórias de expansão diferentes para o universo e, portanto, também em duas composições diferentes.

As coisas estão 'quebradas de uma maneira interessante?'

Então, isso significa que as medições do universo primitivo e as medições mais recentes são, em última análise, uma questão de medições imprecisas de velocidade? Provavelmente não, diz Bidisha Sen, um dos autores do artigo. "Mesmo se usarmos apenas os redshifts mais confiáveis, as medições da supernova não só continuam a discordar da constante de Hubble medida no universo inicial, mas também sugerem uma discrepância mais geral em relação à composição do universo", diz ela.

O professor associado do Niels Bohr Institute Charles Steinhardt está intrigado com esses novos resultados. “Se estamos realmente lidando com duas divergências, isso significa que nosso modelo atual seria“ quebrado de uma forma interessante ”, diz ele.“ Para resolver dois problemas, um sobre a composição do universo e outro sobre a taxa de expansão do universo, são necessárias explicações físicas bastante diferentes do que se quiséssemos apenas explicar uma única discrepância na taxa de expansão. "

O trabalho científico continua no Nordic Optical Telescope

Com o Telescópio Ótico Nórdico em Gran Canaria, os pesquisadores agora estão adquirindo novos redshifts das galáxias hospedeiras . Quando eles compararem esses resultados com os redshifts baseados em supernovas, eles serão capazes de ver se as duas técnicas permanecem diferentes. "Aprendemos que essas medições sensíveis requerem medições precisas de velocidade e podem ser obtidas com novas observações", explica Steinhardt.

 

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