Um grupo de astrônomos liderados pela Universidade da Califórnia, Davis obteve novos dados que sugerem que o universo está se expandindo mais rapidamente do que o previsto.

O estudo surge na esteira de um debate acalorado sobre o quão rápido o universo está crescendo; medições até agora estão em desacordo.

A nova medição da equipe da Constante de Hubble, ou a taxa de expansão do universo, envolveu um método diferente. Eles usaram o Hubble Space Telescope (HST) da NASA em combinação com o sistema Adaptive Optics (AO) do Observatório W. M. Keck para observar três sistemas de lentes gravitacionais. Esta é a primeira vez que a tecnologia AO baseada em terra foi usada para obter a Constante de Hubble.

"Quando comecei a trabalhar neste problema, há mais de 20 anos, a instrumentação disponível limitava a quantidade de dados úteis que você poderia obter das observações, "diz o co-autor Chris Fassnacht, Professor de Física na UC Davis. "Neste projeto, estamos usando AO do Observatório Keck pela primeira vez na análise completa. Há muitos anos sinto que as observações AO podem contribuir muito para este esforço. "

Os resultados da equipe são publicados na última edição online do Avisos mensais da Royal Astronomical Society .

Para descartar qualquer preconceito, a equipe conduziu uma análise cega; durante o processamento, eles mantiveram a resposta final escondida até de si próprios até se convencerem de que haviam abordado o maior número possível de fontes de erro que podiam imaginar. Isso os impediu de fazer qualquer ajuste para chegar ao valor "correto", evitando viés de confirmação.

"Quando pensamos que havíamos cuidado de todos os problemas possíveis com a análise, desvendamos a resposta com a regra de que devemos publicar qualquer valor que encontrarmos, mesmo que seja uma loucura. É sempre um momento tenso e emocionante, "diz o autor principal Geoff Chen, um estudante de graduação no Departamento de Física da UC Davis.

A revelação revelou um valor que é consistente com as medições da Constante de Hubble feitas a partir de observações de objetos "locais" próximos à Terra, como supernovas próximas do Tipo Ia ou sistemas com lentes gravitacionais; A equipe de Chen usou os últimos objetos em sua análise cega.

Os resultados da equipe aumentam as evidências de que há um problema com o modelo padrão de cosmologia, que mostra que o universo estava se expandindo muito rápido no início de sua história, então a expansão desacelerou devido à atração gravitacional da matéria escura, e agora a expansão está acelerando novamente devido à energia escura, uma força misteriosa.

Este modelo da história de expansão do universo é montado usando medições tradicionais da Constante de Hubble, que são retirados de observações "distantes" da radiação cósmica de fundo (CMB) - radiação residual do Big Bang quando o universo começou a 13,8 bilhões de anos atrás.

Recentemente, muitos grupos começaram a usar técnicas variadas e a estudar diferentes partes do universo para obter a Constante de Hubble e descobriram que o valor obtido a partir de observações "locais" versus "distantes" discordam.

“É aí que reside a crise da cosmologia, "diz Fassnacht." Embora a Constante de Hubble seja constante em todos os lugares do espaço em um determinado momento, não é constante no tempo. Então, quando comparamos as constantes de Hubble que resultam de várias técnicas, estamos comparando o universo primitivo (usando observações distantes) vs. o último, parte mais moderna do universo (usando local, observações próximas). "

Isso sugere que há um problema com as medições CMB, que a equipe diz ser improvável, ou o modelo padrão da cosmologia precisa ser alterado de alguma forma usando a nova física para corrigir a discrepância.

Metodologia

Usando o sistema AO do Observatório Keck com a câmera infravermelha, instrumento de segunda geração (NIRC2) no telescópio Keck II, Chen e sua equipe obtiveram medições locais de três sistemas de quasar com lentes bem conhecidos:PG1115 + 080, HE0435-1223, e RXJ1131-1231.

Quasares são extremamente brilhantes, galáxias ativas, frequentemente com jatos enormes movidos por um buraco negro supermassivo devorando vorazmente o material que o cerca.

Embora os quasares sejam frequentemente muito distantes, astrônomos são capazes de detectá-los através de lentes gravitacionais, um fenômeno que atua como uma lente de aumento da natureza. Quando uma galáxia suficientemente massiva perto da Terra fica no caminho da luz de um quasar muito distante, a galáxia pode atuar como uma lente; seu campo gravitacional distorce o próprio espaço, dobrando a luz do quasar de fundo em várias imagens e fazendo com que pareça mais brilhante.

Às vezes, o brilho do quasar pisca, e uma vez que cada imagem corresponde a um comprimento de caminho ligeiramente diferente do quasar ao telescópio, os tremores aparecem em momentos ligeiramente diferentes para cada imagem - nem todos chegam à Terra ao mesmo tempo.

Com HE0435-1223, PG1115 + 080, e RXJ1131-1231, a equipe mediu cuidadosamente esses atrasos de tempo, que são inversamente proporcionais ao valor da Constante de Hubble. Isso permite aos astrônomos decodificar a luz desses quasares distantes e coletar informações sobre o quanto o universo se expandiu durante o tempo em que a luz esteve a caminho da Terra.

"Um dos ingredientes mais importantes no uso de lentes gravitacionais para medir a Constante de Hubble é a imagem sensível e de alta resolução, "disse Chen." Até agora, as melhores medições da Constante de Hubble baseadas em lentes, todas envolvidas usando dados do HST. Quando desobstruímos, encontramos duas coisas. Primeiro, tínhamos valores consistentes com medições anteriores que eram baseadas em dados HST, provando que os dados AO podem fornecer uma alternativa poderosa aos dados HST no futuro. Em segundo lugar, descobrimos que a combinação dos dados AO e HST deu um resultado mais preciso. "

Próximos passos

Chen e sua equipe, bem como muitos outros grupos em todo o planeta, estão fazendo mais pesquisas e observações para investigar mais. Agora que a equipe de Chen provou que o sistema AO do Observatório Keck é tão poderoso quanto o HST, os astrônomos podem adicionar esta metodologia ao seu balde de técnicas ao medir a Constante de Hubble.

"Agora podemos tentar este método com mais sistemas de quasar com lentes para melhorar a precisão de nossa medição da Constante de Hubble. Talvez isso nos leve a um modelo cosmológico mais completo do universo, "diz Fassnacht.