É um dos grandes debates da cosmologia:o universo está se expandindo, mas quão rápido exatamente? Duas medições disponíveis geram resultados diferentes. O físico de Leiden David Harvey adaptou um terceiro método de medição independente usando as propriedades de distorção da luz das galáxias previstas por Einstein. Ele publicou suas descobertas no Avisos mensais da Royal Astronomical Society .

Sabemos há quase um século sobre a expansão do universo. Os astrônomos notaram que a luz de galáxias distantes tem um comprimento de onda menor do que as galáxias próximas. As ondas de luz parecem esticadas, ou redshifted, o que significa que essas galáxias distantes estão se afastando.

Esta taxa de expansão, chamada de constante de Hubble, pode ser medido. Certos supernovas, ou estrelas explodindo, tem um brilho bem conhecido; isso torna possível estimar sua distância da Terra e relacionar essa distância com seu desvio para o vermelho ou velocidade. Para cada megaparsec de distância (um parsec tem 3,3 anos-luz), a velocidade com que as galáxias se afastam de nós, aumenta com 73 quilômetros por segundo.

Einstein

Contudo, medições cada vez mais precisas da radiação cósmica de fundo, um remanescente de luz no início do universo, produziu uma constante de Hubble diferente:cerca de 67 quilômetros por segundo.

Como pode ser? Por que a diferença? Essa diferença poderia nos dizer algo novo sobre o universo e a física? "Esse, "diz o físico de Leiden David Harvey, "é por isso que uma terceira medição, independente dos outros dois, apareceu:lentes gravitacionais. "

A teoria da relatividade geral de Albert Einstein prevê que uma concentração de massa, como uma galáxia, pode dobrar o caminho da luz, muito parecido com uma lente. Quando uma galáxia está na frente de uma fonte de luz brilhante, a luz está curvada em torno dele e pode chegar à Terra por diferentes rotas, fornecendo dois, e às vezes até quatro, imagens da mesma fonte.

HoliCOW

Em 1964, o astrofísico norueguês Sjur Refsdal teve um momento "a-ha":quando a galáxia da lente está um pouco fora do centro, uma rota é mais longa que a outra. Isso significa que a luz leva mais tempo por esse caminho. Então, quando há uma variação do brilho do quasar, esta mancha será visível em uma imagem antes da outra. A diferença pode ser de dias, ou mesmo semanas ou meses.

Esta diferença de tempo, Refsdal mostrou, também pode ser usado para definir distâncias até o quasar e a lente. Comparando-os com o desvio para o vermelho dos quasares, você obtém uma medição independente da constante de Hubble.

Uma colaboração de pesquisa no âmbito do projeto HoliCOW usou seis dessas lentes para reduzir a constante de Hubble para cerca de 73. No entanto, existem complicações:além da diferença de distância, a massa da galáxia em primeiro plano também exerce um efeito retardador, dependendo da distribuição de massa exata. "Você tem que modelar essa distribuição, mas muitas coisas desconhecidas permanecem, "diz Harvey. Incertezas como esta limitam a precisão desta técnica.

Imaginando todo o céu

Isso pode mudar quando um novo telescópio avistar a primeira luz no Chile em 2021. O Observatório Vera Rubin se dedica a fazer imagens de todo o céu a cada poucas noites, e espera-se que produza imagens de milhares de quasares duplos, oferecendo uma chance de reduzir ainda mais a constante de Hubble.

Harvey diz, "O problema é que modelar todas as galáxias em primeiro plano individualmente é impossível computacionalmente." Então, ao invés, Harvey desenvolveu um método para calcular o efeito médio de uma distribuição completa de até 1, 000 lentes.

"Nesse caso, peculiaridades individuais das lentes gravitacionais não são tão importantes, e você não precisa fazer simulações para todas as lentes. Você só precisa ter certeza de modelar toda a população, "diz Harvey.

"No papel, Eu mostro que com esta abordagem, o erro nos limites constantes de Hubble em 2% quando você se aproxima de milhares de quasares. "

Esta margem de erro permitirá uma comparação significativa entre os vários candidatos a constantes de Hubble, e pode ajudar a entender a discrepância. "E se você quiser ir abaixo de 2%, você tem que melhorar seu modelo fazendo melhores simulações. Meu palpite é que isso seria possível. "