Com tecnologias e técnicas de ponta, uma equipe de astrofísicos da Clemson University acrescentou uma nova abordagem para quantificar uma das leis mais fundamentais do universo.

Em um artigo publicado sexta-feira, 8 de novembro no The Astrophysical Journal , Marco Ajello, cientistas da Clemson, Abhishek Desai, Lea Marcotulli e Dieter Hartmann colaboraram com seis outros cientistas ao redor do mundo para desenvolver uma nova medição da Constante de Hubble, a unidade de medida usada para descrever a taxa de expansão do universo.

"A cosmologia trata de compreender a evolução do nosso universo - como ele evoluiu no passado, o que está fazendo agora e o que acontecerá no futuro, "disse Ajello, professor associado do departamento de física e astronomia da Faculdade de Ciências. "Nosso conhecimento se baseia em uma série de parâmetros, incluindo a Constante de Hubble, que nos esforçamos para medir com a maior precisão possível. Neste artigo, nossa equipe analisou dados obtidos de telescópios orbitais e terrestres para chegar a uma das medições mais recentes de quão rápido o universo está se expandindo. "

O conceito de um universo em expansão foi desenvolvido pelo astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953), quem é o homônimo do Telescópio Espacial Hubble. No início do século 20, Hubble se tornou um dos primeiros astrônomos a deduzir que o universo era composto de várias galáxias. Sua pesquisa subsequente levou à sua descoberta mais famosa:que as galáxias estavam se afastando umas das outras a uma velocidade proporcional à sua distância.

Hubble estimou originalmente a taxa de expansão em 500 quilômetros por segundo por megaparsec, com um megaparsec sendo equivalente a cerca de 3,26 milhões de anos-luz. Hubble concluiu que uma galáxia a dois megaparsecs de nossa galáxia estava recuando duas vezes mais rápido que uma galáxia a apenas um megaparsec de distância. Esta estimativa ficou conhecida como Constante de Hubble, o que provou pela primeira vez que o universo estava se expandindo. Astrônomos vêm recalibrando-o - com resultados mistos - desde então.

Com a ajuda de tecnologias em ascensão, astrônomos fizeram medições que diferiam significativamente dos cálculos originais do Hubble - diminuindo a taxa de expansão para entre 50 e 100 quilômetros por segundo por megaparsec. E na última década, instrumentos ultra sofisticados, como o satélite Planck, aumentaram a precisão das medições originais do Hubble de uma forma relativamente dramática.

Em um artigo intitulado "Uma nova medição da constante de Hubble e do conteúdo de matéria do universo usando a atenuação de raios gama-luz de fundo extragaláctica, "a equipe colaborativa comparou os dados mais recentes de atenuação de raios gama do Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray e dos Telescópios Cherenkov Atmosféricos de Imagens para elaborar suas estimativas a partir de modelos de luz de fundo extragalácticos. Essa nova estratégia levou a uma medição de aproximadamente 67,5 quilômetros por segundo por megaparsec .

Os raios gama são a forma de luz mais energética. A luz de fundo extragalática (EBL) é uma névoa cósmica composta por todos os raios ultravioleta, luz visível e infravermelha emitida por estrelas ou de poeira em sua vizinhança. Quando os raios gama e EBL interagem, eles deixam uma marca observável - uma perda gradual de fluxo - que os cientistas foram capazes de analisar ao formular suas hipóteses.

"A comunidade astronômica está investindo uma grande quantia de dinheiro e recursos para fazer cosmologia de precisão com todos os diferentes parâmetros, incluindo a Constante de Hubble, "disse Dieter Hartmann, professor de física e astronomia. "Nossa compreensão dessas constantes fundamentais definiu o universo como o conhecemos agora. Quando nossa compreensão das leis se torna mais precisa, nossa definição do universo também se torna mais precisa, o que leva a novos insights e descobertas. "

Uma analogia comum da expansão do universo é um balão pontilhado de manchas, com cada ponto representando uma galáxia. Quando o balão está cheio, as manchas se espalham cada vez mais distantes.

"Alguns teorizam que o balão se expandirá até um determinado ponto no tempo e depois entrará em colapso, "disse Desai, um assistente de pesquisa de pós-graduação no departamento de física e astronomia. "Mas a crença mais comum é que o universo continuará a se expandir até que tudo esteja tão distante que não haverá mais luz observável. Neste ponto, o universo sofrerá uma morte fria. Mas não devemos nos preocupar com isso. Se isso acontecer, serão trilhões de anos a partir de agora. "

Mas se a analogia do balão for precisa, o que é, exatamente, que está estourando o balão?

"Matéria - as estrelas, os planetas, até nós - é apenas uma pequena fração da composição geral do universo, "Ajello explicou." A grande maioria do universo é composta de energia escura e matéria escura. E acreditamos que é a energia escura que está 'explodindo o balão'. A energia escura está afastando as coisas umas das outras. Gravidade, que atrai objetos um para o outro, é a força mais forte em nível local, é por isso que algumas galáxias continuam a colidir. Mas a distâncias cósmicas, a energia escura é a força dominante. "

Os outros autores contribuintes são o autor principal Alberto Dominguez, da Universidade Complutense de Madrid; Radek Wojtak da Universidade de Copenhagen; Justin Finke do Laboratório de Pesquisa Naval em Washington, D.C .; Kari Helgason, da Universidade da Islândia; Francisco Prada do Instituto de Astrofisica de Andalucia; e Vaidehi Paliya, um ex-pesquisador de pós-doutorado no grupo de Ajello na Clemson que agora está na Deutsches Elektronen-Synchrotron em Zeuthen, Alemanha.

"É notável que estejamos usando raios gama para estudar cosmologia. Nossa técnica nos permite usar uma estratégia independente - uma nova metodologia independente das existentes - para medir propriedades cruciais do universo, "disse Dominguez, que também é um ex-pesquisador de pós-doutorado no grupo de Ajello. "Nossos resultados mostram a maturidade alcançada na última década pelo campo relativamente recente da astrofísica de alta energia. A análise que desenvolvemos abre caminho para melhores medições no futuro usando o Cherenkov Telescope Array, que ainda está em desenvolvimento e será o conjunto mais ambicioso de telescópios terrestres de alta energia de todos os tempos. "

Muitas das mesmas técnicas usadas no presente artigo se correlacionam com trabalhos anteriores conduzidos por Ajello e seus colegas. Em um projeto anterior, que apareceu no jornal Ciência , Ajello e sua equipe foram capazes de medir toda a luz das estrelas já emitida na história do universo.

"O que sabemos é que os fótons de raios gama de fontes extragalácticas viajam no universo em direção à Terra, onde eles podem ser absorvidos pela interação com os fótons da luz das estrelas, "Ajello disse." A taxa de interação depende da distância que eles viajam no universo. E o comprimento que eles viajam depende da expansão. Se a expansão for baixa, eles viajam uma pequena distância. Se a expansão for grande, eles viajam uma distância muito grande. Portanto, a quantidade de absorção que medimos dependeu muito do valor da Constante de Hubble. O que fizemos foi reverter isso e usá-lo para restringir a taxa de expansão do universo. "