Telescópio Hubble revela que espaço se expande mais rápido do que se imagina

O universo está se expandindo mais rápido do que se pensava, e também é cerca de um bilhão de anos mais jovem do que pensávamos, segundo Adam Riess. E isso está causando uma grande confusão no mundo da física, fazendo os astrônomos repensarem alguns de seus conceitos mais básicos.

Em questão está um número chamado de constante de Hubble, um cálculo da rapidez com que o universo está se expandindo. Alguns cientistas chamam de o número mais importante em cosmologia, o estudo da origem e desenvolvimento do universo.

Usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA, o astrônomo Adam Riess, da Universidade Johns Hopkins, anunciou no Astrophysical Journal que a expansão é 9% maior do que o cálculo anterior, que foi baseado no estudo de sobras do Big Bang.

"Esse descompasso tem crescido e agora chegou a um ponto que é realmente impossível descartar como uma casualidade", disse o autor principal do estudo, que é professor de física e astronomia da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, em comunicado .

O problema é que Riess e outros cientistas acham que ambos os cálculos estão corretos. Confuso? Tudo bem, os especialistas também não estão conseguindo entender. Este conflito é tão grande que os cientistas estão falando sobre a criação de uma "nova física", incorporando talvez alguma partícula ainda a ser descoberta ou outros "fudge factor" cósmicos, como energia escura ou matéria escura.

"Parece cada vez mais que vamos precisar de algo novo para explicar isso", disse Riess, que ganhou o Nobel de 2011 em física. O astrofísico da NASA John Mather, outro vencedor do Nobel, disse que isso deixa duas opções óbvias:

1. Estamos cometendo erros que ainda não conseguimos encontrar.

2. A natureza tem algo que ainda não conseguimos entender.

Para os astrofísicos que tentam entender nosso lugar neste universo em expansão, essa é uma preocupação cósmica de extrema relevância.

Esta é uma visão do telescópio terrestre da Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia satélite da nossa Via Láctea. A imagem inserida, tirada pelo Telescópio Espacial Hubble, revela um dos muitos aglomerados estelares espalhados pela galáxia anã.(Imagem: © NASA, ESA, Adam Riess e Palomar Digitized Sky Survey) — Esta é uma visão da Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia satélite da Via Láctea. A imagem inserida, tirada pelo Telescópio Espacial Hubble, revela um dos muitos aglomerados estelares espalhados pela galáxia anã. (Imagem: © NASA, ESA, Adam Riess e Palomar Digitized Sky Survey)

Telescópio Hubble revela que espaço se expande mais rápido do que se imagina

No novo estudo, Riess e seus colegas usaram o Telescópio Espacial Hubble para estudar 70 estrelas variáveis Cepheid na Grande Nuvem de Magalhães (LMC), uma das galáxias satélites da Via Láctea. As variáveis cefeidas diminuem e clareiam a taxas previsíveis e são, portanto, "velas padrão" que permitem aos astrônomos calcular distâncias.

Riess e sua equipe também incorporaram observações feitas pelo Projeto Araucária, uma colaboração envolvendo pesquisadores nos Estados Unidos, Europa e Chile, que estudaram vários sistemas estelares binários LMC, observando o escurecimento que ocorreu quando uma estrela passou na frente da sua vizinha. Este trabalho forneceu medidas de distância adicionais, ajudando a equipe do estudo a melhorar sua compreensão do brilho intrínseco dos Cefeidas.

Os pesquisadores usaram todas essas informações para calcular a taxa de expansão atual do universo, um valor conhecido como a constante de Hubble , em homenagem ao astrônomo americano Edwin Hubble. O novo número é de cerca de 46,0 milhas (74,03 quilômetros) por segundo por megaparsec; um megaparsec é de aproximadamente 3,26 milhões de anos-luz.

A incerteza associada a esse número é de apenas 1,9%, disseram os pesquisadores. Esse é o menor valor de incerteza até hoje calculado com base nessa abordagem - de cerca de 10% em 2001 e 5% em 2009.

A taxa de expansão "esperada", por outro lado, é de cerca de 41,9 milhas (67,4 km) por segundo por megaparsec. Esta taxa projetada é baseada em observações que o satélite Planck da Europa fez com a luz que sobrou do Big Bang, e se imaginava que o universo tinha 13,82 bilhões de anos atrás.

"Não se trata apenas de dois experimentos discordantes. Estamos medindo algo fundamentalmente diferente", disse Riess.

"Um é uma medida de quão rápido o universo está se expandindo hoje, como o vemos. O outro é uma previsão baseada na física do universo primitivo e em medidas de quão rápido ele deve estar se expandindo", acrescentou. "Se esses valores não estiverem de acordo, haverá uma forte probabilidade de que estamos esquecendo de alguma coisa no modelo cosmológico que conecta as duas eras."

O novo estudo foi publicado hoje (25 de abril) no The Astrophysical Journal . Você pode lê-lo gratuitamente no site de pré-impressão online arXiv.org.

Esta ilustração mostra os três passos básicos que os astrônomos usam para calcular a rapidez com que o universo se expande ao longo do tempo, um valor chamado de constante de Hubble. Todas as etapas envolvem a construção de uma forte "escada de distância cósmica", começando por medir distâncias precisas até galáxias próximas e, em seguida, calculando a distância de galáxias mais distantes. (Imagem: © NASA, ESA e A. Feild (STScI))

Fatores de fusão

Embora haja uma grande chance de que a equipe Riess ou a equipe de Planck esteja errada, os astrônomos acreditam que estão certos. Ambos os cálculos fazem sentido, e "não há nada de errado neste momento", disse a respeitada astrofísica Wendy Freedman, da Universidade de Chicago.

Outros especialistas externos elogiaram a pesquisa de ambas as equipes. Se esse for o caso, os astrofísicos precisam fazer ajustes na teoria da relatividade geral de Einstein. "Você precisa adicionar algo ao universo que não conhecemos", disse Chris Burns, astrofísico da Carnegie Institution for Science. "Isso sempre deixa você meio desconfortável."

No passado, os astrônomos acrescentaram a probabilidade de algum fator difícil de entender, como energia escura e matéria escura, para explicar por que os cálculos não fecham, e pegaram emprestado de uma teoria Einstein, uma vez descartada.

Agora os astrônomos dizem que precisam pensar algo semelhante novamente. Poderia ser que haja uma "turbocompressão" extra, de um pulso estranho de energia escura - uma força de expansão invisível que se encaixa bem nas teorias de Einstein - e que causou a expansão acelerada, disse Riess.

Ou poderia haver uma nova partícula de matéria que não tenha sido descoberta, disse Burns. "Temos esse setor obscuro, que já tem dois ingredientes, e talvez estejamos descobrindo um terceiro", disse o membro da equipe Planck, Lloyd Knox, da Universidade da Califórnia, em Davis. "Isso é uma perspectiva assustadora."

Uma terceira abordagem

Astrônomos da Universidade de Chicago, liderados por Freedman, passaram cinco anos olhando diferentes estrelas do que Riess para chegar a um terceiro cálculo da taxa de expansão. Eles enviaram seu trabalho para o mesmo periódico, e Freedman não revelou seu cálculo, mas disse que é entre os outros dois.

Há vinte anos atrás, Freedman fez parte de um debate similar sobre a constante de Hubble, quando havia poucas medidas para se trabalhar. "É uma jornada emocionante para tentar entender qual é a origem do universo", disse ela.