Astrônomos sugerem que as últimas observações das gigantes vermelhas podem estar fechando a lacuna na tensão de Hubble.

A estrela gigante vermelha Camelopardalis, localizada na constelação de Camelopardalis. As observações de gigantes vermelhas estão ajudando os astrônomos a determinar a expansão do universo. Crédito da imagem: ESA / NASA

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Um desacordo fundamental na medição da taxa de expansão do universo poderia ser explicado, sugerem novos dados.

Em um novo artigo, um dos principais participantes desse dilema dá uma olhada nas informações disponíveis e conclui que as melhores observações podem estar apontando para um triunfo de nossa imagem padrão de como o universo cresceu ao longo do tempo.

Os cientistas sabem que o universo está se expandindo, mas há uma década discordam sobre a rapidez com que esse processo está acontecendo. Dados que usam a radiação cósmica de fundo (CMB), uma luz residual logo após o Big Bang, sugeriram que o valor da constante de Hubble, que mede essa expansão, deve ser cerca de 46.200 mph por milhão de anos-luz, ou 67,4 quilômetros por segundo por megaparsec em unidades de cosmologistas. (Um megaparsec é igual a 3,26 milhões de anos-luz.)

Ainda assim, telescópios treinados em estrelas no universo próximo, em vez disso, obtiveram uma medição constante de Hubble de 50.400 mph por milhão de anos-luz (73,4 km/s/Mpc). Os dois números não são tão diferentes, mas cada um é bastante preciso e não podem ser reconciliados um com o outro.

A tensão entre esses dois números tem sido uma dor de cabeça contínua para os pesquisadores, com alguns invocando a ideia de que a discrepância exige que eles derrubem seu modelo favorito do universo, o que explica como estruturas cósmicas gigantes como aglomerados galácticos surgiram e evoluíram desde o início do Tempo. Talvez, os pesquisadores se perguntaram, uma nova física além do que conhecemos atualmente possa ser usada para preencher a lacuna.

"Eu acho que é uma pergunta realmente interessante: 'Existe uma nova física além do modelo cosmológico padrão?'" disse, Wendy Freedman, cosmologista da Universidade de Chicago.

Freedman passou grande parte de sua carreira observando o que são conhecidas como estrelas variáveis Cefeidas. Essas estrelas, que pulsam regularmente, têm uma relação entre o período das flutuações em sua luz e seu brilho intrínseco, ou seja, o quão brilhantes elas seriam se estivéssemos bem ao lado delas. Conhecendo esse brilho intrínseco e a luminosidade de uma cefeida vista da Terra, os astrônomos podem calcular sua distância de nós e medir a velocidade com que o universo está se expandindo naquele ponto do espaço.

Os dados das cefeidas são um dos pilares do valor mais alto da constante de Hubble, mas Freedman e seus colaboradores sempre se perguntaram se talvez estivessem cometendo erros sistemáticos em suas observações. Há muito procuram métodos independentes para corroborar ou contestar seus resultados.

Há alguns anos, ela e seus colegas encontraram um método à luz de estrelas vermelhas gigantes. Esses objetos, que representam um estágio posterior da vida para estrelas com massa semelhante à do nosso Sol, atingem um pico de brilho específico em um determinado ponto de sua evolução. Muito parecido com as Cefeidas, os astrônomos podem observar o quão turvas elas parecem da Terra para obter uma boa estimativa de sua distância.

Em 2019, Freedman e sua equipe forneceram um número para a constante de Hubble que estava entre as duas outras medições: 47.300 mph por milhão de anos-luz (69,8 km/s/Mpc). Esse resultado foi calibrado usando estrelas vermelhas gigantes na Grande Nuvem de Magalhães, uma galáxia anã que orbita a Via Láctea cuja distância de nós é relativamente bem determinada.

Desde então, os pesquisadores adicionaram mais pontos aos dados, calibrando a distância das estrelas vermelhas gigantes em três outras galáxias e regiões do espaço, o que aumenta a precisão de suas medições constantes de Hubble. Essas descobertas, que encontraram essencialmente a mesma estimativa intermediária, apareceram em um artigo publicado no banco de dados de pré-impressão arXiv em 29 de junho e aceito para publicação no Astrophysical Journal.

"Ela está pousando no mesmo lugar, apenas tímido de 70 [km/s/Mpc] com uma incerteza de pouco mais de 2%", disse Freedman sobre a nova estimativa da constante de Hubble a partir das estrelas gigantes vermelhas. "Se compararmos esses resultados com o CMB, não diríamos que há um problema."

Essas últimas medições da gigante vermelha apontam para a possibilidade de erros sistemáticos nas observações das Cefeidas, disse Freedman. Poeira obscurecedora e luz de fundo do universo são alguns dos possíveis culpados, ela acrescentou, embora leve algum tempo para realmente descobrir se esse é o caso.

"Estou realmente impressionado com o trabalho e os detalhes", disse Simon Birrer, cosmologista da Universidade de Stanford, na Califórnia, que não esteve envolvido no estudo. O artigo realmente destaca as vantagens específicas das observações da estrela gigante vermelha, acrescentou.

Mas Birrer, que fez parte de uma equipe que analisou como galáxias massivas distorcem a luz para fornecer outra medição constante de Hubble independente, acha que a saga ainda não acabou. "Este é o começo do fim da tensão? Ainda estamos trabalhando nisso", disse ele.

Os astrônomos já forneceram muitas estimativas diferentes da expansão do universo, algumas das quais concordam e outras não. Cada equipe está se esforçando para obter a melhor precisão que podem fornecer, disse Birrer, e decidir qual pode conter a resposta final que ainda não está claro.

Freedman concordou, dizendo que ela e seus colegas foram recentemente aprovados para usar o próximo Telescópio Espacial James Webb para observar as Cefeidas e as gigantes vermelhas. Essas observações devem ajudar a esclarecer algumas das incertezas sistemáticas restantes e, com sorte, chegar mais perto do verdadeiro valor da constante de Hubble.

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Referência: 

MANN, Adam. New measurement may resolve cosmological crisis. Live Science, 06, jul. 2021. Disponível em: <https://www.livescience.com/red-giant-hubble-tension.html>. Acesso em: 06, jul. 2021.