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Astrônomos usam lentes gravitacionais para medir taxa de expansão do universo

Daniele Cavalcante
·4 minuto de leitura

O universo está se expandindo, mas os astrônomos ainda não podem dizer com muita certeza o quão rápido essa expansão acontece. É que os variados métodos utilizados para medir a taxa de expansão trazem resultados diferentes. Novas abordagens já foram propostas, e agora um estudo propõe outra solução.

Uma equipe internacional de pesquisadores sugere usar um método não tão novo assim, algo chamado “cosmografia de tempo de atraso”, junto a novas hipóteses e dados adicionais para encontrar uma nova estimativa da taxa de expansão do universo. Essa técnica vem sido explorada nos últimos dez anos e se baseia em lentes gravitacionais. O novo estudo foi aceito para publicação na revista Astronomy and Astrophysics.

O que é cosmografia de tempo de atraso?

Diagrama que ilustra como funciona uma lente gravitacional. A luz da mesma galáxia faz diferente caminhos até chegar à Terra por causa da gravidade de um objeto massivo no meio do percurso (Imagem: Reprodução/NASA)
Diagrama que ilustra como funciona uma lente gravitacional. A luz da mesma galáxia faz diferente caminhos até chegar à Terra por causa da gravidade de um objeto massivo no meio do percurso (Imagem: Reprodução/NASA)

Esse método é uma abordagem para sondar o universo e funciona através da medição de tempos de atraso, que é quando a luz de uma mesma fonte leva diferentes intervalos de tempo para alcançar nossos telescópios pelo fato de seguirem diferentes trajetórias ao redor de uma fonte de lentes gravitacionais fortes (um efeito que ocorre quando a gravidade de objetos massivos interfere na trajetória da luz).

Um objeto massivo, como uma galáxia, distorce a luz vinda de outro objeto que está muito mais distante. O nome “lente” é devido ao fato de que este objeto mais próximo (no nosso exemplo, a galáxia) age como um telescópio que revela algo que está mais longe. As lentes gravitacionais costumam ser usadas para ampliar os objetos luminosos por trás delas, como galáxias muito distantes que não poderiam ser observadas sem esse fenômeno.

Mas a ideia é que a cosmografia também seja usada com outro propósito: encontrar a constante de Hubble, que é o número que determina a taxa de expansão do universo. Na década de 1960, alunos da teoria da relatividade geral de Einstein mostraram que poderiam usar lentes gravitacionais fortes para medir distâncias cósmicas de forma direta, se pudessem medir o tempo relativo ao longo de cada caminho com precisão suficiente e se tivessem boas hipóteses sobre a distribuição de matéria e estrutura da galáxia na lente.

Na última década, esse tipo medição se tornou possível, com precisão o suficiente para tornar a cosmografia de atraso de tempo um método plausível. Diversas equipes trabalharam com essa abordagem, tais como a H0LiCOW, COSMOGRAIL, STRIDES e o SHARP, e agora elas uniram forças com uma organização chamada TDCOSMO. Como resultado, eles chegaram a uma medição da constante de Hubble em um valor de aproximadamente 73 km/s/Mpc, com uma precisão de 2%.

O valor está de acordo com as estimativas feitas com um dos métodos usados anteriormente, que se baseia na escada de distância cósmica. Mas algo não parecia certo para Simon Birrer, que conduziu o novo estudo. Lembra que o método de cosmografia de atraso de tempo precisa de boas hipóteses sobre a matéria da galáxia utilizada na pesquisa? Bem, os modelos da estrutura galáctica em que esses estudos se baseavam podem não ter sido precisos o suficiente para medir a constante de Hubble com exatidão.

Uma nova medição

Birrer conta que foi até seus colegas e disse: “quero conduzir um estudo que não se baseie nessas hipóteses”. Em vez disso, Birrer propôs investigar uma série de lentes gravitacionais para fazer uma estimativa das estruturas galácticas baseada na observação direta da massa e estrutura dessas galáxias que aparecem nas lentes.

Quando Birrer e a equipe do TDCOSMO adicionaram 33 lentes com propriedades semelhantes para estimar a estrutura galáctica, a estimativa da constante de Hubble caiu para cerca de 67 km/s/Mpc, com uma incerteza de 5%. Esse resultado afasta a taxa de expansão das medições baseadas em escada de distância cósmica e se aproxima do segundo método tradicionalmente utilizado: o estudo das flutuações de temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

Essa mudança no resultado significa que o debate ainda está longe de acabar, até porque os elementos utilizados no método dependem de medições mais precisas. Por exemplo, o resultado pode trazer uma incerteza na estimativa associada às 33 lentes gravitacionais que a equipe de Birrer incluiu no estudo — elas já estão sendo analisadas. Por outro lado, o TDCOSMO precisará de mais dados para confirmar seus resultados anteriores.

De acordo com Birrer, a análise de sua equipe com as 33 novas lentes não invalida as hipóteses sobre a massa e estrutura do trabalho anterior (do qual ele também participou), mas “demonstra a importância de compreender a distribuição de massa dentro das galáxias”, disse ele. O trabalho ainda está longe de acabar e os próximos grandes telescópios, como o Vera C. Rubin Observatory, ajudarão a obter maior precisão.

Fonte: Canaltech

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