Estudo: Os valores conflitantes da constante de Hubble não se devem a um erro de medição

Astrônomos fizeram novas medições do planeta Hubble está consertadoÉ uma medida da rapidez com que o Universo se está a expandir, através da combinação de dados do Telescópio Espacial Hubble e do Telescópio Espacial James Webb. Seus resultados confirmaram a precisão das medições anteriores do Hubble do valor da constante, de acordo com seus resultados Artigo recente Foi publicado no The Astrophysical Journal Letters, tendo como consequência uma discrepância de longa data nos valores obtidos por vários métodos observacionais conhecidos como “tensor de Hubble”.

Houve um tempo em que os cientistas pensavam que o universo era estático, mas isso mudou com a teoria geral da relatividade de Albert Einstein. Alexander Friedmann publicou um conjunto de equações mostrando que o universo poderia de fato estar em expansão em 1922, e Georges Lemaitre mais tarde fez uma derivação independente para chegar à mesma conclusão. Edwin Hubble confirmou esta expansão com dados observacionais em 1929. Antes disso, Einstein tentava modificar a relatividade geral adicionando uma constante cosmológica para obter um universo fixo a partir de sua teoria; Após a descoberta do Hubble, A lenda dizEle se referiu a esse esforço como seu maior erro.

Conforme mencionado anteriormente, a constante de Hubble é uma medida da expansão do universo expressa em unidades de quilômetros por segundo por megaparsec. Portanto, a cada segundo, cada milhão de parsecs do universo se expande por um certo número de quilômetros. Outra maneira de pensar sobre isso é em termos de um objeto relativamente estacionário a um milhão de parsecs de distância: a cada segundo, ele fica vários quilômetros mais distante.

Quantos quilômetros? Esse é o problema aqui. Existem três maneiras que os cientistas usam para medir a Constante de Hubble: observar objetos próximos para ver o quão rápido eles estão se movendo, ondas gravitacionais produzidas pela colisão de buracos negros ou estrelas de nêutrons e medir pequenas aberrações no brilho posterior do Big Bang conhecido como cósmico. fundo de micro-ondas (CMB). No entanto, diferentes abordagens encontraram valores diferentes. Por exemplo, o rastreamento de supernovas distantes produziu um valor de 73 quilômetros por segundo Mpc, enquanto as medições de radiação CMB usando o satélite Planck produziram um valor de 67 quilômetros por segundo Mpc.

No ano passado, os investigadores fizeram uma terceira medição independente da expansão do Universo, rastreando o comportamento de uma supernova com lentes gravitacionais, onde a distorção no espaço-tempo causada por um objeto massivo atua como uma lente para ampliar um objeto de fundo. Os melhores ajustes entre esses modelos ficaram logo abaixo da constante de Hubble derivada da CMB, com a diferença dentro do erro estatístico. Valores mais próximos daqueles derivados de outras medições de supernovas se ajustaram significativamente melhor aos dados. Este método é novo, com uma grande incerteza, mas forneceu um meio independente de chegar à constante de Hubble.

“Medimos isso usando informações da radiação cósmica de fundo e obtivemos um único valor”, escreveu o editor da Ars Science, John Timmer. “Medimos isso usando a distância aparente dos objetos no universo atual e obtivemos um valor que diferia em cerca de 10 por cento. Até onde qualquer um pode dizer, não há nada de errado com nenhuma das medições, e não há uma maneira clara de medi-la. ” Faça com que eles concordem.” Uma hipótese é que o universo primitivo experimentou brevemente uma espécie de “chute” de gravidade repulsiva (semelhante à ideia de energia escura) que então parou misteriosamente e desapareceu. Mas permanece especulativo, embora interessante. , ideia para físicos.

Esta última medição depende Confirmado no ano passado Com base nos dados de Webb, as medições da taxa de expansão do Hubble foram precisas, pelo menos nos primeiros degraus da escala de distância cósmica. Mas ainda existe a possibilidade de erros ainda não detectados que poderiam olhar mais profundamente (e, portanto, retroceder no tempo) no universo, especialmente para medições do brilho de estrelas distantes.

Assim, uma nova equipa fez observações adicionais de estrelas variáveis ​​Cefeidas – um total de 1.000 estrelas em cinco galáxias hospedeiras a até 130 milhões de anos-luz de distância – e associou-as aos dados do Hubble. O telescópio Webb é capaz de ver além da poeira interestelar que tornou as imagens dessas estrelas do Hubble mais borradas e sobrepostas, para que os astrônomos possam distinguir facilmente entre estrelas individuais.

Os resultados também confirmaram a precisão dos dados do Hubble. “Agora cobrimos todo o escopo do que o Hubble observou e podemos descartar erros de medição como causa do tremor do Hubble com uma confiança muito alta.” disse o coautor e líder da equipe Adam Rees, físico da Universidade Johns Hopkins. “Combinar Webb e Hubble dá-nos o melhor de dois mundos. Descobrimos que as medições do Hubble permanecem fiáveis ​​à medida que subimos na escada da distância cósmica. Com os erros de medição eliminados, o que resta é a possibilidade real e excitante de termos compreendido mal o Universo. ”

The Astrophysical Journal Letters, 2024. DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd (Sobre IDs digitais).