O universo acabou por estar errado

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Os cosmologistas se deparam com um sério problema científico, que indica a imperfeição do conhecimento humano sobre o Universo. A complexidade diz respeito a algo aparentemente trivial como a taxa de expansão do Universo. O fato é que métodos diferentes indicam significados diferentes - e até agora ninguém pode explicar a estranha discrepância.

Mistério cósmico

Atualmente, o modelo cosmológico padrão "Lambda-CDM" (ΛCDM) descreve com mais precisão a evolução e a estrutura do universo. De acordo com este modelo, o universo tem uma constante cosmológica positiva diferente de zero (termo lambda) causando uma expansão acelerada. Além disso, ΛCDM explica a estrutura observada do CMB (fundo de micro-ondas cósmico), a distribuição das galáxias no Universo, a abundância de hidrogênio e outros átomos leves e a própria taxa de expansão do vácuo. No entanto, uma discrepância séria na taxa de expansão pode indicar a necessidade de uma mudança radical no modelo.

A física teórica Vivian Poulin, do Centro Nacional Francês de Pesquisa Científica e do Laboratório do Universo e Partículas de Montpellier, argumenta que isso significa o seguinte: algo importante aconteceu no universo jovem que ainda não conhecemos. Talvez tenha sido um fenômeno associado a um tipo desconhecido de energia escura ou um novo tipo de partículas subatômicas. Se o modelo levar isso em conta, a discrepância desaparecerá.

À beira de uma crise

Uma das maneiras de determinar a taxa de expansão do Universo é estudar a radiação de fundo em microondas - a radiação residual que surgiu 380 mil anos após o Big Bang. ΛO CDM pode ser usado para derivar a constante de Hubble medindo grandes flutuações no CMB. Acabou sendo igual a 67,4 quilômetros por segundo para cada megaparsec, ou cerca de três milhões de anos-luz (nessa velocidade, os objetos divergem uns dos outros a uma distância apropriada). Nesse caso, o erro é de apenas 0,5 quilômetros por segundo por megaparsec.

Se obtivermos o mesmo valor usando um método diferente, isso confirmará a validade do modelo cosmológico padrão. Os cientistas mediram o brilho aparente de velas padrão - objetos cuja luminosidade é sempre conhecida. Esses objetos são, por exemplo, supernovas do tipo Ia - anãs brancas que não conseguem mais absorver matéria de grandes estrelas companheiras e explodem. Pelo brilho aparente das velas padrão, você pode determinar a distância até elas. Paralelamente, você pode medir o desvio para o vermelho das supernovas, ou seja, o desvio dos comprimentos de onda da luz para a região vermelha do espectro. Quanto maior o desvio para o vermelho, maior a velocidade com que o objeto é removido do observador.

Assim, torna-se possível determinar a taxa de expansão do Universo, que neste caso passa a ser igual a 74 quilômetros por segundo para cada megaparsec. Isso não corresponde aos valores obtidos do ΛCDM. No entanto, é improvável que um erro de medição possa explicar a discrepância.

De acordo com David Gross, do Instituto Kavli de Física Teórica da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, em física de partículas, tal discrepância não seria considerada um problema, mas uma crise. No entanto, vários cientistas discordaram dessa avaliação. A situação foi complicada por outro método, que também é baseado no estudo do Universo primitivo, a saber, oscilações acústicas bariônicas - oscilações na densidade da matéria visível preenchendo o Universo primitivo. Essas vibrações são causadas por ondas acústicas de plasma e são sempre de dimensões conhecidas, fazendo com que se pareçam com velas padrão. Combinado com outras medições, eles fornecem a constante de Hubble consistente com ΛCDM.

Novo modelo

Existe a possibilidade de que os cientistas cometeram um erro ao usar supernovas Tipo Ia. Para determinar a distância de um objeto distante, você precisa construir uma escada de distância.

O primeiro degrau dessa escada são as Cefeidas - estrelas variáveis com uma relação período-luminosidade precisa. As cefeidas podem ser usadas para determinar a distância até a supernova do tipo Ia mais próxima. Em um dos estudos, em vez das cefeidas, foram utilizadas gigantes vermelhas, que em determinada fase da vida atingem brilho máximo - é o mesmo para todas as gigantes vermelhas.

Como resultado, a constante de Hubble acabou sendo 69,8 quilômetros por segundo por megaparsec. Não há crise, diz Wendy Freedman, da Universidade de Chicago, uma das autoras do artigo.

Mas essa afirmação também foi questionada. A colaboração H0LiCOW mediu a constante de Hubble usando lentes gravitacionais, um efeito que ocorre quando um corpo enorme desvia os raios de um objeto distante atrás dele. Os últimos podem ser quasares - os núcleos de galáxias ativas alimentadas por um buraco negro supermassivo. Devido às lentes gravitacionais, várias imagens de um quasar podem aparecer ao mesmo tempo. Ao medir a oscilação dessas imagens, os cientistas obtiveram uma constante de Hubble atualizada de 73,3 quilômetros por segundo por megaparsec. Ao mesmo tempo, os cientistas até o último não sabiam o possível resultado, o que exclui a possibilidade de fraude.

O resultado da medição da constante de Hubble de masers naturais formados quando o gás gira em torno de um buraco negro acabou sendo 74 quilômetros por segundo por megaparsec. Outros métodos deram 76,5 e 73,6 quilômetros por segundo por megaparsec. Também surgem problemas na medição da distribuição da matéria no Universo, uma vez que as lentes gravitacionais fornecem um valor diferente em comparação com as medições do fundo de microondas.

Se descobrir que a discrepância não é devida a erros de medição, uma nova teoria será necessária para explicar todos os dados atualmente disponíveis. Uma solução possível é mudar a quantidade de energia escura que causa a expansão acelerada do universo. Embora a maioria dos cientistas seja a favor de não atualizar a física, o problema continua sem solução.