Dois novos estudos mediram a expansão do Universo na nossa vizinhança cósmica imediata, utilizando um método inovador que analisa o movimento de dois grupos próximos de galáxias no fluxo cósmico que as rodeia. Os resultados indicam que o Universo local está a expandir-se mais lentamente do que se estimava anteriormente, o que aproxima as medições das galáxias próximas das observações do Universo primitivo. As descobertas sugerem também que é necessária menos matéria escura do que se supunha anteriormente para explicar a dinâmica das galáxias dentro destes grupos.

Os dois estudos foram recentemente publicados na revista Astronomy & Astrophysics por uma equipa internacional que inclui David Benisty, do Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam. Cada artigo científico analisa dados observacionais de um grupo de galáxias próximas diferente - o grupo Centaurus A e o grupo M81 - para determinar tanto as suas massas como o valor da constante de Hubble.

A constante de Hubble descreve a velocidade a que o Universo se expande, expressa como a relação entre a velocidade de recessão e a distância a que uma galáxia se encontra de nós. A constante de Hubble é medida em km/s por megaparsec, sendo 1 megaparsec igual a 3,3 milhões de anos-luz.

A partir da primeira luz no Universo primitivo, a chamada radiação cósmica de fundo em micro-ondas, foi inferida uma medição precisa da constante de Hubble com o valor de 68 km/s/Mpc. Utilizando explosões de estrelas em galáxias em recessão para medir as suas distâncias, foi possível estabelecer outra medição muito precisa da constante de Hubble a partir do nosso Universo local. No entanto, o valor é de 73 km/s/Mpc.

Esta discrepância entre os ritmos de expansão do Universo primitivo e do Universo local é conhecida como a "tensão de Hubble". Ao longo das últimas décadas, observações cada vez mais precisas transformaram esta tensão num dos principais desafios da cosmologia. Põe em causa a nossa compreensão da cosmologia e da física fundamental.

Os novos estudos lançam luz sobre esta tensão a partir de uma perspetiva mais holística, em contraste com a abordagem baseada nas explosões estelares. Enquanto o método das explosões estelares visa acompanhar diretamente a expansão cósmica, os novos estudos analisam o movimento das galáxias em grupos imersos no Universo em expansão. As forças atrativas da gravidade agregam estes grupos, enquanto a expansão cósmica separa as galáxias que os compõem. Este equilíbrio restringe conjuntamente a massa do grupo ligado gravitacionalmente e a constante de Hubble, que representa a força de expansão. Surpreendentemente, David Benisty e os seus colaboradores obtiveram uma constante de Hubble de cerca de 64 km/s/Mpc. O resultado sugere que pelo menos parte da tensão de Hubble pode decorrer das observações e dos métodos que escolhemos para inferir a constante de Hubble.

A distribuição dos grupos de galáxias na nossa vizinhança cósmica local. Os estudos centraram-se nos grupos de Centaurus A e M81. Crédito: Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam/D. Benisty/J. Fohlmeister

Os investigadores centraram-se em dois grupos de galáxias: o grupo Centaurus A é um dos grupos galácticos mais próximos para além do próprio Grupo Local da Via Láctea. Presumia-se que fosse dominado pela gigantesca galáxia elíptica Centaurus A e que contivesse dúzias de galáxias satélites mais pequenas. A nova análise revelou que o grupo Centaurus A não está centrado em torno de Centaurus A, mas forma um sistema binário com a galáxia M83. A equipa determinou assim o primeiro valor da constante de Hubble a partir deste grupo como um sistema binário e uma estimativa de massa mais precisa.

Já se sabia que o grupo M81 tem duas galáxias, M81 e M82, no seu centro. Graças ao conjunto alargado de dados, verificou-se que as galáxias em torno deste binário continuam a formar uma estrutura plana, tal como já tinha sido estabelecido. O estudo da dinâmica turbulenta revela que esta estrutura não é, afinal, tão ordenada: a região plana interior, com distâncias inferiores a 1 milhão de anos-luz, está inclinada cerca de 34 graus em relação ao ambiente de maior escala. A uma distância de 10 milhões de anos-luz, a orientação mudou para se alinhar com a estrutura em forma de folha de maior escala que também se estende até ao grupo Centaurus A.

O mais intrigante é que os dois grupos de galáxias não partilham apenas um ambiente semelhante. Têm também em comum o facto de as massas das galáxias mais luminosas constituírem quase na totalidade a massa total do grupo e de os movimentos de todas as galáxias nas suas proximidades serem igualmente bem descritos pela interação entre a atração gravitacional das galáxias e a atração cósmica. Assim, em contraste com grupos de galáxias simuladas que estão sempre imersos num halo global de matéria escura, as observações de ambos os grupos de galáxias podem ser bem explicadas sem esta massa escura adicional.

A equipa vai utilizar este método, que proporciona uma compreensão abrangente das estruturas na nossa vizinhança cósmica, e transferi-lo para um volume cósmico maior. Com novas observações a distâncias maiores, provenientes, por exemplo, do 4MOST (4-metre Multi-Object Spectroscopic Telescope), os próximos lançamentos de dados poderão não só resolver a tensão de Hubble, mas também fornecer um censo mais preciso da quantidade desta intrigante matéria escura que existe no nosso Universo.

// Instituto Leibniz de Astrofísica de Potsdam (comunicado de imprensa)
// Artigo científico #1 (Astronomy & Astrophysics)
// Artigo científico #2 (Astronomy & Astrophysics)

Quer saber mais?

Universo:
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Lei de Hubble (Wikipedia)
Determinando a constante de Hubble (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)
Indicadores de distâncias cósmicas (Wikipedia)
“Escada” de distâncias cósmicas (Wikipedia)

Radiação cósmica de fundo em micro-ondas:
Wikipedia

Supernovas:
Wikipedia 
Tipo Ia (Wikipedia)

Grupo Centaurus A:
Wikipedia

Grupo M81:
Wikipedia

4MOST (4-metre Multi-Object Spectroscopic Telescope):
ESO
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