As medições das ondas gravitacionais de aproximadamente 50 estrelas binárias de nêutrons na próxima década resolverão definitivamente um intenso debate sobre a rapidez com que nosso universo está se expandindo, de acordo com as descobertas de uma equipe internacional que inclui cosmologistas da University College London (UCL) e do Flatiron Institute.

O cosmos vem se expandindo há 13,8 bilhões de anos. Sua atual taxa de expansão, conhecido como "a constante de Hubble, "dá o tempo decorrido desde o Big Bang.

Contudo, os dois melhores métodos usados ​​para medir a constante de Hubble têm resultados conflitantes, o que sugere que nossa compreensão da estrutura e história do universo - o "modelo cosmológico padrão" - pode estar incorreta.

O estudo, publicado hoje em Cartas de revisão física , mostra como novos dados independentes de ondas gravitacionais emitidas por estrelas de nêutrons binárias chamadas "sirenes padrão" vão quebrar o impasse entre as medições conflitantes de uma vez por todas.

"Calculamos que, observando 50 estrelas de nêutrons binárias na próxima década, teremos dados de ondas gravitacionais suficientes para determinar de forma independente a melhor medição da constante de Hubble, "disse o autor principal, Dr. Stephen Feeney, do Center for Computational Astrophysics do Flatiron Institute, na cidade de Nova York." Devemos ser capazes de detectar fusões suficientes para responder a essa pergunta dentro de cinco a 10 anos. "

A constante de Hubble, o produto do trabalho de Edwin Hubble e Georges Lemaître na década de 1920, é um dos números mais importantes da cosmologia. A constante "é essencial para estimar a curvatura do espaço e a idade do universo, além de explorar seu destino, "disse o co-autor do estudo UCL Professor de Física e Astronomia Hiranya Peiris.

"Podemos medir a constante de Hubble usando dois métodos - um observando estrelas Cefeidas e supernovas no universo local, e um segundo usando medições de radiação cósmica de fundo do universo inicial - mas esses métodos não fornecem os mesmos valores, o que significa que nosso modelo cosmológico padrão pode ter falhas. "

Feeney, Peiris e colegas desenvolveram uma técnica universalmente aplicável que calcula como os dados das ondas gravitacionais resolverão o problema.

Ondas gravitacionais são emitidas quando estrelas de nêutrons binárias espiralam uma em direção à outra antes de colidir em um flash de luz brilhante que pode ser detectado por telescópios. Os pesquisadores da UCL estiveram envolvidos na detecção da primeira luz de um evento de onda gravitacional em agosto de 2017.

Eventos de estrelas de nêutrons binários são raros, mas eles são inestimáveis ​​para fornecer outra rota para rastrear como o universo está se expandindo. As ondas gravitacionais que eles emitem causam ondulações no espaço-tempo que podem ser detectadas pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) e pelos experimentos de Virgem, dando uma medição precisa da distância do sistema da Terra.

Além disso, detectando a luz da explosão que a acompanha, astrônomos podem determinar a velocidade do sistema, e, portanto, calcule a constante de Hubble usando a lei de Hubble.

Para este estudo, os pesquisadores modelaram quantas dessas observações seriam necessárias para resolver o problema de medir a constante de Hubble com precisão.

"Isso, por sua vez, nos levará a uma imagem mais precisa de como o universo está se expandindo e nos ajudará a melhorar o modelo cosmológico padrão, "concluiu o professor Peiris.