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Quão rápido o universo está se expandindo? Astrônomos podem estar um passo mais perto de resolver o ‘problema do Hubble’
O universo local pode estar se expandindo mais lentamente do que se pensava, descobriram os cientistas. A descoberta, feita em duas pesquisas distintas, poderá aliviar uma das dores de cabeça mais preocupantes da cosmologia, a tensão de Hubble.
O Constante de Hubble – nomeado após Edwin Hubbleo astrónomo que descobriu no início dos anos 1900 que o Universo está a expandir-se — é a taxa a que essa expansão está a ocorrer.
O Tensão Hubble surge do fato de que a observação do universo local fornece um valor diferente para a constante de Hubble daquele derivado usando o fundo cósmico de microondas (CMB) — a primeira luz do universo, que brilhou logo após o Big Bang. Os astrônomos fazem medições CMB e depois avançam usando o modelo padrão da cosmologia, o chamado modelo Lambda de matéria escura fria (LCDM).
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A discrepância persistiu mesmo quando as duas técnicas de medição separadas se tornaram mais precisas. É preocupante porque sugere que falta algum ingrediente crucial da física na nossa receita para o cosmos. Portanto, muitos astrónomos citam a necessidade de um terceiro método para ajudar a colmatar esta disparidade, ou pelo menos lançar alguma luz sobre a sua existência.
Dois novos estudos sugerem uma nova forma de medir a expansão no cosmos imediato, analisando o movimento de dois grupos de galáxias próximos. Galáxias dentro desses grupos são simultaneamente unidos pela gravidade mútua e separados pelo fluxo cósmico causado pelo alongamento do espaço em que estão inseridos.
Ambos os resultados indicam que o universo está se expandindo mais lentamente em nossa vizinhança do que o estimado anteriormente. Esta técnica não apenas aproxima as medições da constante de Hubble no universo próximo daquelas feitas usando o CMB e o modelo LCDM, mas também sugere que menos matéria escura é necessário para explicar as observações cósmicas e a dinâmica das galáxias.
Halo ou não?
As equipes chegaram às suas conclusões examinando dois grupos de galáxias – o grupo Centaurus A (um dos mais próximos de nós, exceto o Via Lácteagrupo local) e o grupo M81. Em vez de usar observações do Tipo Ia próximo supernovas ou o fóssil cósmico da primeira luz do universo representado pela CMB para medir a constante de Hubble, os pesquisadores usaram o movimento dessas galáxias agrupadas sob o equilíbrio da influência atrativa da gravidade e do efeito repulsivo da expansão do universo.
Os astrônomos descobriram que as dezenas de pequenas galáxias que compõem o grupo Centaurus A não são de fato dominadas pela gigante galáxia elíptica de mesmo nome. Em vez disso, esta galáxia na verdade forma um binário com a galáxia M83 do grupo.
Já se sabia que o grupo M81 tinha galáxias binárias (M81 e M82) em seu coração. A nova pesquisa revelou que, embora a estrutura deste grupo esteja bem organizada, a região interna de cerca de 1 milhão de habitantes anos-luz está inclinado cerca de 34 graus em relação ao ambiente mais amplo. A uma distância de cerca de 10 milhões de anos-luz, a orientação do grupo M81 alinha-se com a de uma vasta estrutura de matéria em forma de folha que se estende até ao grupo Centaurus A.
As duas equipas de cientistas também descobriram que, além dos dois grupos de galáxias partilharem um ambiente semelhante, as massas das galáxias mais brilhantes nestes agrupamentos representam a maior parte da massa total. Assim, os movimentos de todas as galáxias dentro dos agrupamentos podem ser considerados o resultado da interação da influência gravitacional dessas galáxias brilhantes e do fluxo cósmico do universo em expansão.
Isto significa que, em contradição com as previsões das simulações cósmicas, os grupos de galáxias não têm de estar incorporados num vasto e abrangente halo de matéria escura que exerce a sua influência gravitacional.
O que isso significa para a constante de Hubble?
A constante de Hubble é medida em quilômetros por segundo por megaparsec (km/s/Mpc), com 1 megaparsec equivalendo a cerca de 3,3 milhões de anos-luz. Atualmente, quando os investigadores calculam a taxa de expansão do Universo usando supernovas locais do Tipo Ia, obtêm uma constante de Hubble de 73 km/s/Mpc. Quando a constante de Hubble é calculada usando o CMB, entretanto, os teóricos calculam um valor inferior de 68 km/s/Mpc.
As equipes envolvidas nesta pesquisa chegaram a um valor constante de Hubble de 64 km/s/Mpc. Isto implicava para os investigadores que parte da tensão de Hubble é causada pelos métodos que os cientistas usam para medir a constante de Hubble. Isto pode significar que um elemento adicional e atualmente desconhecido do cosmos não é necessário para dissipar a tensão de Hubble; podemos completar esta receita cósmica com os ingredientes que temos em mãos.
É claro que ainda há um longo caminho a percorrer antes que este método derrube os paradigmas existentes. Com a técnica aplicada a apenas dois grupos locais de galáxias, a tensão do Hubble será uma dor de cabeça pelo menos por mais algum tempo.
O próximo passo desta investigação será aplicar esta técnica de estudo de grupos de galáxias a uma região mais ampla do espaço dentro do nosso universo local. Isto poderá tornar-se possível quando observações de grupos de galáxias a distâncias maiores estiverem disponíveis no próximo lançamento de dados do Telescópio Espectroscópico Multi-Objectos de 4 metros (4MOST).
A pesquisa da equipe foi publicada em dois papéis no diário Astronomia e Astrofísica.
