A explosão de uma supernova e as flutuações do espaço-tempo geradas pela fusão de duas estrelas de nêutrons ajudaram os cientistas a medir com precisão a taxa de expansão do universo. Futuras medições desse tipo ajudarão a resolver o principal paradoxo da cosmologia, dizem os cientistas na revista Nature Astronomy.
Em 1929, o famoso astrônomo Edwin Hubble provou que nosso Universo não para, mas está se expandindo gradualmente. No final do século passado, os astrofísicos descobriram, observando supernovas do tipo I, que ela se expande não com velocidade constante, mas com aceleração. A razão para isso hoje é considerada "energia escura" - uma substância misteriosa que faz com que o espaço-tempo se estenda cada vez mais rápido.
Em junho de 2016, o prêmio Nobel Adam Riess e seus colegas, que descobriram esse fenômeno, calcularam a taxa exata de expansão do universo hoje usando estrelas cefeidas variáveis na Via Láctea e galáxias vizinhas, cuja distância pode ser calculada com ultra-alta precisão.
Este refinamento deu um resultado extremamente inesperado - descobriu-se que duas galáxias, separadas por uma distância de cerca de 3 milhões de anos-luz, se espalham a uma velocidade de cerca de 73 quilômetros por segundo. Este ano, eles publicaram resultados atualizados de observações, em que esse valor tornou-se ainda maior - 74 quilômetros por segundo.
As novas medições de Riesz e seus colegas acabaram sendo quase 10% maiores do que os dados obtidos com os telescópios orbitais WMAP e Planck - 69 quilômetros por segundo, e isso não pode ser explicado usando nossas idéias atuais sobre a natureza da energia escura e o mecanismo de nascimento do Universo.
Essas discrepâncias levaram os cosmologistas a pensar em duas maneiras possíveis de explicar essa anomalia. Por um lado, é bem possível que as medições de Planck ou Riesz e seus colegas estejam erradas ou incompletas. Por outro lado, é perfeitamente admissível que uma terceira substância "escura", diferente da matéria e energia escuras, pudesse existir no Universo primitivo, bem como que esta última pudesse ser instável e decair gradualmente.
Kenta Hotokezaka da Universidade de Princeton (EUA) e seus colegas tornaram este problema ainda mais agudo e controverso ao fazer as primeiras medições relativamente precisas da taxa de expansão do Universo usando o observatório gravitacional LIGO e uma série de telescópios ópticos "convencionais".
As primeiras medições desse tipo, conforme observa o astrofísico, os cientistas realizaram no final de 2017, quando o LIGO registrou uma explosão gerada pela fusão de duas estrelas de nêutrons, e centenas de telescópios terrestres e espaciais conseguiram localizar sua origem na galáxia NGC 4993 na constelação de Hidra.
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As primeiras medições do LIGO foram próximas aos dados obtidos pela equipe de Riesz, que muitos cientistas consideraram mais uma evidência de que a taxa de expansão do universo poderia mudar acentuadamente. Hotokezaka e seus colegas descobriram que esse não é necessariamente o caso, rastreando não apenas as ondas gravitacionais, mas também o flash de luz e a liberação de matéria gerada por esse cataclismo.
Nessas observações, os cientistas foram ajudados pelo fato de que esse fluxo de plasma incandescente, um jato na linguagem dos físicos, foi direcionado não diretamente para a Terra, mas um pouco para longe dela. Graças a isso, parece aos observadores em nosso planeta que ele se move cerca de quatro vezes mais rápido do que a velocidade da luz, "violando" a teoria da relatividade, como um raio de sol ou uma sombra.
Esta propriedade das emissões, associada às medições da "espessura" do jato no seu ponto de partida, permite determinar com muita precisão a direção em que foi dirigido em relação à Terra e medir a sua velocidade. Todos esses dados, por sua vez, nos permitem especificar a distância até a fonte das ondas gravitacionais e calcular com mais precisão o quanto elas se "esticaram" durante a viagem da galáxia NGC 4993 à Terra.
Esses refinamentos, como observa Hotokezaka, trouxeram uma grande surpresa - o valor da constante de Hubble ficou mais próximo não das medições de Riesz e seus colegas, mas dos resultados de Planck e outros telescópios observando o eco de microondas do Big Bang.
Por um lado, isso pode realmente significar que o ganhador do Nobel e seus colegas estão enganados, mas, por outro lado, a precisão das medidas "gravitacionais" ainda é visivelmente menor - é cerca de 7% do que aqueles e outros participantes desta disputa universal (menos de 2%). Os resultados atuais, enfatiza o cientista, correspondem às duas teorias, mas a situação mudará em um futuro muito próximo.
De acordo com as estimativas atuais das equipes científicas do LIGO e de seu "primo" italiano ViRGO, ambos os observatórios gravitacionais devem encontrar cerca de dez desses eventos por ano. Consequentemente, nos próximos 2-3 anos, podemos esperar que as observações de fusões de estrelas de nêutrons nos ajudem a descobrir inequivocamente se há uma "nova física" na expansão do Universo ou não, concluem os autores do artigo.
