p Astrônomos que usam o telescópio espacial Hubble da NASA dizem que cruzaram um importante limiar ao revelar uma discrepância entre as duas técnicas-chave para medir a taxa de expansão do universo. O estudo recente reforça o caso de que novas teorias podem ser necessárias para explicar as forças que moldaram o cosmos. p Uma breve recapitulação:O universo está ficando maior a cada segundo. O espaço entre as galáxias está se alongando, como massa crescendo no forno. Mas com que rapidez o universo está se expandindo? Como o Hubble e outros telescópios procuram responder a esta pergunta, eles encontraram uma diferença intrigante entre o que os cientistas prevêem e o que observam.

p As medições do Hubble sugerem uma taxa de expansão mais rápida no universo moderno do que o esperado, com base em como o universo apareceu há mais de 13 bilhões de anos. Essas medições do universo primitivo vêm do satélite Planck da Agência Espacial Européia. Essa discrepância foi identificada em artigos científicos nos últimos anos, mas não está claro se as diferenças nas técnicas de medição são as culpadas, ou se a diferença poderia resultar de medições infelizes.

p Os dados mais recentes do Hubble reduzem a possibilidade de que a discrepância seja apenas um acaso para 1 em 100, 000. Este é um ganho significativo de uma estimativa anterior, menos de um ano atrás, de uma chance de 1 em 3, 000

p Essas medições mais precisas do Hubble até hoje reforçam a ideia de que uma nova física pode ser necessária para explicar a incompatibilidade.

p "A tensão de Hubble entre o início e o fim do universo pode ser o desenvolvimento mais emocionante da cosmologia em décadas, "disse o pesquisador líder e ganhador do Prêmio Nobel Adam Riess, do Space Telescope Science Institute (STScI) e da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, Maryland. "Esse descompasso vem crescendo e agora atingiu um ponto que é realmente impossível de ser descartado como um acaso. Essa disparidade não poderia ocorrer de forma plausível por acaso."

p Apertando os parafusos na 'escada da distância cósmica'

p Os cientistas usam uma "escada de distância cósmica" para determinar a que distância as coisas estão no universo. Este método depende de fazer medições precisas de distâncias para galáxias próximas e, em seguida, mover para galáxias cada vez mais distantes, usando suas estrelas como marcadores de milha. Os astrônomos usam esses valores, junto com outras medições da luz das galáxias que fica vermelha à medida que passa por um universo que se estende, para calcular a rapidez com que o cosmos se expande com o tempo, um valor conhecido como constante de Hubble. Riess e sua equipe SH0ES (Supernovas H0 para a Equação de Estado) estão em uma busca desde 2005 para refinar as medições de distância com o Hubble e ajustar a constante de Hubble.

p Neste novo estudo, astrônomos usaram o Hubble para observar 70 estrelas pulsantes chamadas variáveis ​​Cefeidas na Grande Nuvem de Magalhães. As observações ajudaram os astrônomos a "reconstruir" a escada da distância, melhorando a comparação entre essas cefeidas e seus primos mais distantes nas hostes galácticas de supernovas. A equipe de Riess reduziu a incerteza em seu valor constante de Hubble para 1,9% de uma estimativa anterior de 2,2%.

p À medida que as medições da equipe se tornam mais precisas, seu cálculo da constante de Hubble permaneceu em desacordo com o valor esperado derivado de observações da expansão do universo inicial. Essas medições foram feitas por Planck, que mapeia a radiação cósmica de fundo, um resplendor de relíquia de 380, 000 anos após o big bang.

p As medições foram cuidadosamente examinadas, portanto, os astrônomos não podem atualmente descartar a lacuna entre os dois resultados como devida a um erro em qualquer medição ou método único. Ambos os valores foram testados de várias maneiras.

p "Não se trata de apenas dois experimentos discordando, "Riess explicou." Estamos medindo algo fundamentalmente diferente. Um é uma medida de quão rápido o universo está se expandindo hoje, como nós o vemos. A outra é uma previsão baseada na física do universo primitivo e em medições de quão rápido ele deveria se expandir. Se esses valores não concordarem, torna-se muito grande a probabilidade de estarmos perdendo algo no modelo cosmológico que conecta as duas eras. "

p Como o novo estudo foi feito

p Astrônomos têm usado variáveis ​​Cefeidas como parâmetros cósmicos para medir distâncias intergalácticas próximas por mais de um século. Mas tentar colher um monte dessas estrelas consumia tanto tempo que era quase impossível. Então, a equipe empregou um novo método inteligente, chamado DASH (Drift And Shift), usando o Hubble como uma câmera "aponte e dispare" para capturar imagens rápidas de estrelas pulsantes extremamente brilhantes, o que elimina a necessidade demorada de apontar com precisão.

p "Quando o Hubble usa um apontamento preciso travando nas estrelas-guia, ele só pode observar uma Cefeida por cada órbita do Hubble de 90 minutos ao redor da Terra. Então, seria muito caro para o telescópio observar cada Cefeida, "explicou o membro da equipe Stefano Casertano, também do STScI e Johns Hopkins. "Em vez de, procuramos grupos de cefeidas próximos o suficiente umas das outras para que pudéssemos nos mover entre eles sem recalibrar o apontamento do telescópio. Estas Cefeidas são tão brilhantes, só precisamos observá-los por dois segundos. Essa técnica está nos permitindo observar uma dúzia de Cefeidas durante uma órbita. Então, permanecemos no controle do giroscópio e mantemos 'DASHing' muito rápido. "

p Os astrônomos do Hubble então combinaram seu resultado com outro conjunto de observações, feito pelo Projeto Araucaria, uma colaboração entre astrônomos de instituições do Chile, os EUA., e Europa. Este grupo fez medições de distância da Grande Nuvem de Magalhães observando o escurecimento da luz quando uma estrela passa na frente de sua parceira em eclipses de sistemas estelares binários.

p As medições combinadas ajudaram a equipe SH0ES a refinar o verdadeiro brilho das Cefeidas. Com este resultado mais preciso, a equipe poderia então "apertar os parafusos" do resto da escada de distância que se estende mais fundo no espaço.

p A nova estimativa da constante de Hubble é de 74 quilômetros (46 milhas) por segundo por megaparsec. Isso significa que para cada 3,3 milhões de anos-luz mais longe de nós, uma galáxia está parece estar se movendo 74 quilômetros (46 milhas) por segundo mais rápido, como resultado da expansão do universo. O número indica que o universo está se expandindo a uma taxa 9% mais rápida do que a previsão de 67 quilômetros (41,6 milhas) por segundo por megaparsec, que vem das observações de Planck do universo inicial, juntamente com nossa compreensão atual do universo.

p Então, o que poderia explicar essa discrepância?

p Uma explicação para a incompatibilidade envolve um aparecimento inesperado de energia escura no universo jovem, que agora compreende 70% do conteúdo do universo. Proposto por astrônomos da Johns Hopkins, a teoria é apelidada de "energia escura inicial, "e sugere que o universo evoluiu como uma peça de três atos.

p Os astrônomos já levantaram a hipótese de que a energia escura existiu durante os primeiros segundos após o big bang e empurrou a matéria por todo o espaço, começando a expansão inicial. A energia escura também pode ser a razão para a expansão acelerada do universo hoje. A nova teoria sugere que houve um terceiro episódio de energia escura não muito depois do big bang, que expandiu o universo mais rápido do que os astrônomos haviam previsto. A existência desta "energia escura inicial" pode ser responsável pela tensão entre os dois valores constantes de Hubble, Disse Riess.

p Outra ideia é que o universo contém uma nova partícula subatômica que viaja perto da velocidade da luz. Essas partículas velozes são chamadas coletivamente de "radiação escura" e incluem partículas previamente conhecidas, como neutrinos, que são criados em reações nucleares e decaimentos radioativos.

p Ainda outra possibilidade atraente é que a matéria escura (uma forma invisível de matéria não composta de prótons, nêutrons, e elétrons) interage mais fortemente com a matéria normal ou radiação do que anteriormente assumido.

p Mas a verdadeira explicação ainda é um mistério.

p Riess não tem uma resposta para este problema irritante, mas sua equipe continuará a usar o Hubble para reduzir as incertezas na constante de Hubble. Seu objetivo é diminuir a incerteza para 1%, que deve ajudar os astrônomos a identificar a causa da discrepância.

p Os resultados da equipe foram aceitos para publicação no The Astrophysical Journal .