NOVA IMAGEM DA LUZ MAIS ANTIGA DO UNIVERSO FORNECE "TWIST" AO DEBATE DA IDADE DO UNIVERSO 8 de janeiro de 2021
Parte de uma nova imagem da luz mais antiga do Universo, obtida pelo ACT (Atacama Cosmology Telescope). Esta secção cobre uma secção do céu com 50 vezes o diâmetro da Lua, representando uma região do espaço com 20 mil milhões de anos-luz de largura. A luz, emitida apenas 380.000 anos após o Big Bang, varia em polarização (representada aqui pelas cores mais avermelhadas ou azuladas). Os astrofísicos usaram o espaçamento entre estas variações para calcular uma nova estimativa da idade do Universo.
Crédito: Colaboração ACT
A partir do alto de uma montanha no deserto do Atacama, no Chile, os astrónomos do ACT (Atacama Cosmology Telescope) da NSF (National Science Foundation) observaram novamente a luz mais antiga do Universo. As suas mais recentes observações, juntamente com um pouco de geometria cósmica, sugerem que o Universo tem 13,77 mil milhões de anos, +/- 40 milhões de anos.
A nova estimativa coincide com a fornecida pelo modelo padrão do Universo e com as medições da mesma radiação obtidas pelo satélite Planck. Isto acrescenta um novo "twist" a um debate em andamento na comunidade astrofísica, diz Simone Aiola, autor principal de um dos novos artigos científicos sobre as descobertas publicados na revista Journal of Cosmology and Astroparticle Physics dia de 30 de dezembro de 2020.
Em 2019, uma equipa de investigação calculou, medindo os movimentos de galáxias, que o Universo é centenas de milhões de anos mais jovem do que a equipa do Planck havia previsto. Essa discrepância sugeriu que um novo modelo para o Universo podia ser necessário e gerou preocupações de que um dos conjuntos de medições podia estar incorreto.
"Agora chegámos a uma resposta em que o Planck e o ACT concordam," diz Aiola, investigador no Centro para Astrofísica Computacional do Instituto Flatiron. "Atesta ao facto de que estas medições difíceis são confiáveis."
A idade do Universo também revela quão rápido o cosmos está a expandir-se, um número quantificado pela constante de Hubble. As medições do ACT sugerem uma constante de Hubble de 67,6 quilómetros por segundo por megaparsec. Ou seja, um objeto a 1 megaparsec (cerca de 3,26 milhões de anos-luz) da Terra está a afastar-se de nós a 67,6 km/s devido à expansão do Universo. Este resultado concorda quase exatamente com a estimativa anterior de 67,4 km/s/Mpc da equipa do satélite Planck, mas é inferior aos 74 km/s/Mpc inferidos a partir das medições de galáxias.
"Eu não tinha uma preferência particular por nenhum valor específico - iria ser interessante de uma forma ou de outra," diz Steve Choi, investigador na Universidade de Cornell. "Determinámos um ritmo de expansão que está de acordo com a estimativa da equipa do satélite Planck. Isto dá-nos mais confiança nas medições da luz mais antiga do Universo."
Mas a discrepância entre as medições sugere que ou há algo em falta no nosso modelo cosmológico ou há algo errado com as medições, diz Michael Niemack, coautor dos artigos. Embora várias medições do Universo local nos deem uma constante de Hubble consistentemente mais alta, esta é a primeira vez que duas medições independentes da radiação cósmica de fundo em micro-ondas alcançam uma constante de Hubble consistentemente mais baixa (a radiação cósmica de fundo marca um momento 380.000 anos após o nascimento do Universo quando protões e eletrões se juntaram para formar os primeiros átomos. Antes disso, o cosmos era opaco à luz).
"A tensão crescente entre estas medições distantes vs. locais da constante de Hubble sugere que podemos estar à beira de uma nova descoberta na cosmologia que poderá mudar a nossa compreensão de como o Universo funciona. Também destaca a importância de melhorar as nossas medições da radiação cósmica de fundo em micro-ondas com o ACT bem como com o futuro Observatório Simons e com o projeto CCAT-prime que estamos agora a construir," diz Niemack, professor associado de física e astronomia.
Tal como o satélite Planck, o ACT analisa a radiação cósmica de fundo, o brilho remanescente do Big Bang.
Se os cientistas puderem estimar a distância que esta radiação viajou até chegar à Terra, podem calcular a idade do Universo. No entanto, falar é fácil. Determinar distâncias cósmicas é difícil. De modo que os cientistas medem o ângulo no céu entre dois objetos distantes, com a Terra e os dois objetos formando um triângulo cósmico. Se os cientistas também conhecerem a separação física entre esses objetos, podem usar a geometria do ensino secundário para estimar a distância dos objetos à Terra.
Variações subtis no brilho da radiação cósmica de fundo em micro-ondas fornecem pontos de ancoragem para formar os outros dois vértices do triângulo. Essas variações na temperatura e polarização resultaram de flutuações quânticas no Universo inicial, que foram amplificadas pela expansão do Universo em regiões de densidade variável (as manchas mais densas iriam formar enxames galácticos). Os cientistas têm uma compreensão forte o suficiente dos primeiros anos do Universo para saber que estas variações na radiação cósmica de fundo deveriam ser tipicamente espaçadas a cada mil milhões de anos em termos de temperatura e metade para polarização (para efeitos de escala, a nossa Via Láctea tem cerca de 200.000 anos-luz em diâmetro).
O ACT mediu as flutuações na radiação cósmica de fundo em micro-ondas numa resolução sem precedentes, observando mais detalhadamente a polarização da luz. "O satélite Planck mediu a mesma radiação, mas ao medir a sua polarização com maior fidelidade, a nova imagem do ACT revela mais dos padrões mais antigos alguma vez vistos," diz Suzanne Staggs, investigadora principal do ACT na Universidade de Princeton.
À medida que o ACT continua a fazer observações, os astrónomos terão uma imagem ainda mais clara da radiação cósmica de fundo e uma ideia mais exata de há quanto tempo o cosmos teve início. A equipa do ACT também examinará essas observações em busca de sinais de física que não se enquadra no modelo cosmológico padrão. Uma física tão estranha poderia resolver a discordância entre as previsões da idade e ritmo de expansão do Universo decorrentes das medições da radiação cósmica de fundo em micro-ondas e dos movimentos das galáxias.
