{"id":2732,"date":"2020-01-17T07:13:07","date_gmt":"2020-01-17T07:13:07","guid":{"rendered":"http:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/?p=2732"},"modified":"2020-01-17T07:14:15","modified_gmt":"2020-01-17T07:14:15","slug":"lupas-cosmicas-fornecem-medicao-da-expansao-do-universo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ccvalg.pt\/astronomia\/wordpress\/2020\/01\/17\/lupas-cosmicas-fornecem-medicao-da-expansao-do-universo\/","title":{"rendered":"“Lupas” c\u00f3smicas fornecem medi\u00e7\u00e3o da expans\u00e3o do Universo"},"content":{"rendered":"\n
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Cada uma destas imagens obtidas pelo Telesc\u00f3pio Espacial Hubble revela quatro imagens distorcidas de um quasar de fundo em redor do n\u00facleo central de uma gal\u00e1xia massiva no plano da frente. As m\u00faltiplas imagens do quasar foram produzidas pela gravidade da gal\u00e1xia no plano da frente, que atua como uma lupa c\u00f3smica distorcendo a luz do quasar num efeito chamado lente gravitacional. Os quasares s\u00e3o “holofotes” c\u00f3smicos distantes produzidos por buracos negros ativos. As imagens do Hubble foram obtidas entre 2003 e 2004 com o instrumento ACS (Advanced Camera for Surveys).
Cr\u00e9dito: NASA, ESA, S. H. Suyu (Instituto Max Planck para Astrof\u00edsica, Universidade T\u00e9cnica de Munique e Instituto de Astronomia e Astrof\u00edsica da Academia Sinica) e K. C. Wong (Instituto Kavli para F\u00edsica e Matem\u00e1tica do Universo da Universidade de T\u00f3quio)<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Uma equipa de astr\u00f3nomos usou o Telesc\u00f3pio Espacial Hubble para medir o ritmo de expans\u00e3o do Universo usando uma t\u00e9cnica que \u00e9 completamente independente de qualquer m\u00e9todo anterior.<\/p>\n\n\n\n

A determina\u00e7\u00e3o do valor exato da rapidez com que o Universo se expande \u00e9 importante para a determina\u00e7\u00e3o da idade, tamanho e destino do cosmos. Resolver este mist\u00e9rio tem sido um dos maiores desafios da astrof\u00edsica dos \u00faltimos anos. O novo estudo acrescenta evid\u00eancias \u00e0 ideia de que novas teorias podem ser necess\u00e1rias para explicar o que os cientistas est\u00e3o a descobrir.<\/p>\n\n\n\n

O resultado dos cientistas refor\u00e7a ainda mais uma discrep\u00e2ncia preocupante entre o ritmo de expans\u00e3o, de nome Constante de Hubble, calculada a partir de medi\u00e7\u00f5es do Universo local e o ritmo previsto pela radia\u00e7\u00e3o de fundo no Universo inicial, um tempo antes da exist\u00eancia das estrelas e gal\u00e1xias.<\/p>\n\n\n\n

Este valor mais recente representa a medi\u00e7\u00e3o mais precisa, at\u00e9 ao momento, usando o m\u00e9todo de lentes gravitacionais, em que a gravidade de uma gal\u00e1xia em primeiro plano atua como uma lupa gigante, ampliando e distorcendo a luz de objetos de fundo. Este estudo mais recente n\u00e3o se baseou na t\u00e9cnica tradicional da “escada de dist\u00e2ncias c\u00f3smicas” para medir dist\u00e2ncias precisas de gal\u00e1xias usando v\u00e1rios tipos de estrelas como “marcadores”. Em vez disso, os investigadores empregaram a f\u00edsica ex\u00f3tica das lentes gravitacionais para calcular o ritmo de expans\u00e3o do Universo.<\/p>\n\n\n\n

A equipa de astronomia que fez as novas medi\u00e7\u00f5es da Constante de Hubble chama-se H0LiCOW (H0 Lenses in COSMOGRAIL’s Wellspring). COSMOSGRAIL \u00e9 o acr\u00f3nimo de “Cosmological Monitoring of Gravitational Lenses”, um grande projeto internacional cujo objetivo \u00e9 monitorizar lentes gravitacionais. “Wellspring” refere-se ao suprimento abundante de sistemas de quasares sob o efeito de lentes gravitacionais.<\/p>\n\n\n\n

A equipa de investiga\u00e7\u00e3o derivou o valor H0LiCOW para a Constante de Hubble por meio de t\u00e9cnicas de observa\u00e7\u00e3o e an\u00e1lise que t\u00eam sido bastante refinadas ao longo das \u00faltimas duas d\u00e9cadas.<\/p>\n\n\n\n

H0LiCOW e outras medi\u00e7\u00f5es recentes sugerem uma expans\u00e3o mais r\u00e1pida no Universo local do que o esperado, com base em observa\u00e7\u00f5es do sat\u00e9lite Planck da ESA de como o cosmos se comportou h\u00e1 mais de 13 mil milh\u00f5es de anos.<\/p>\n\n\n\n

A diferen\u00e7a entre os dois valores tem importantes contribui\u00e7\u00f5es para a compreens\u00e3o dos par\u00e2metros f\u00edsicos subjacentes do Universo e pode exigir nova f\u00edsica para explicar a incompatibilidade.<\/p>\n\n\n\n

“Se estes resultados n\u00e3o estiverem de acordo, pode ser uma dica de que ainda n\u00e3o entendemos completamente como a mat\u00e9ria e a energia evolu\u00edram ao longo do tempo, principalmente no in\u00edcio do Universo,” disse Sherry Suyu, l\u00edder da equipa H0LiCOW, do Instituto Max Planck para Astrof\u00edsica na Alemanha, da Universidade T\u00e9cnica de Munique e do Instituto de Astronomia e Astrof\u00edsica da Academia Sinica em Taipei, Taiwan.<\/p>\n\n\n\n

A equipa H0LiCOW usou o Hubble para observar a luz de seis quasares distantes, os brilhantes “holofotes” de g\u00e1s que orbitam buracos negros supermassivos no centro de gal\u00e1xias. Os quasares s\u00e3o objetos de fundo ideais por v\u00e1rios motivos: por exemplo, s\u00e3o brilhantes, extremamente distantes e est\u00e3o espalhados por todo o c\u00e9u. O telesc\u00f3pio observou como a luz de cada quasar era multiplicada em quatro imagens pela gravidade de uma gal\u00e1xia massiva em primeiro plano. As gal\u00e1xias estudadas est\u00e3o entre 3 mil milh\u00f5es e 6,5 mil milh\u00f5es de anos-luz. A dist\u00e2ncia m\u00e9dia dos quasares \u00e9 de 5,5 mil milh\u00f5es de anos-luz da Terra.<\/p>\n\n\n\n

A luz de cada imagem quasar com efeito de lente gravitacional segue um caminho ligeiramente diferente atrav\u00e9s do espa\u00e7o at\u00e9 alcan\u00e7ar a Terra. A dimens\u00e3o deste percurso depende da quantidade de mat\u00e9ria que distorce o espa\u00e7o ao longo da linha de vis\u00e3o at\u00e9 ao quasar. Para tra\u00e7ar cada caminho, os astr\u00f3nomos monitorizam a oscila\u00e7\u00e3o da luz do quasar \u00e0 medida que o seu buraco negro devora material. Quando a luz pisca, cada imagem na lente aumenta de brilho a diferentes momentos.<\/p>\n\n\n\n

Esta sequ\u00eancia de oscila\u00e7\u00e3o na luz permite que os investigadores me\u00e7am os atrasos entre cada imagem \u00e0 medida que viaja ao longo do seu caminho at\u00e9 \u00e0 Terra. Para entender completamente estes atrasos, a equipa primeiro usou o Hubble para fazer mapas precisos da distribui\u00e7\u00e3o da mat\u00e9ria em cada gal\u00e1xia. Os astr\u00f3nomos depois puderam deduzir com confian\u00e7a as dist\u00e2ncias de cada gal\u00e1xia ao quasar, e da Terra \u00e0 gal\u00e1xia e ao quasar de fundo. Ao comparar estes valores de dist\u00e2ncia, os investigadores mediram o ritmo de expans\u00e3o do Universo.<\/p>\n\n\n\n

“A dura\u00e7\u00e3o de cada atraso indica a rapidez com que o Universo se expande,” disse Kenneth Wong, membro da equipa e do Instituto Kavli para F\u00edsica e Matem\u00e1tica do Universo da Universidade de T\u00f3quio, autor principal do artigo mais recente da colabora\u00e7\u00e3o H0LiCOW. “Se os atrasos forem mais curtos, ent\u00e3o o Universo est\u00e1 a expandir-se mais depressa. Se forem mais longos, ent\u00e3o o ritmo de expans\u00e3o \u00e9 mais lento.”<\/p>\n\n\n\n

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Este gr\u00e1fico mostra a variedade de t\u00e9cnicas que os astr\u00f3nomos usaram para medir o ritmo de expans\u00e3o do Universo, conhecido como Constante de Hubble. A determina\u00e7\u00e3o do valor exato de qu\u00e3o depressa o Universo est\u00e1 a expandir-se \u00e9 importante para a determina\u00e7\u00e3o da idade, tamanho e destino do cosmos.
Um conjunto de observa\u00e7\u00f5es observou o Universo inicial. Com base nessas medi\u00e7\u00f5es, os astr\u00f3nomos calcularam um valor para a Constante de Hubble. Um segundo conjunto de estrat\u00e9gias de observa\u00e7\u00e3o analisou a expans\u00e3o do Universo no Universo local.
O desafio para os cosm\u00f3logos \u00e9 que estas duas abordagens n\u00e3o chegam ao mesmo valor. \u00c9 como se a constru\u00e7\u00e3o de uma ponte, em ambos os lados, n\u00e3o estivesse bem alinhada. Claramente algo est\u00e1 errado, mas o qu\u00ea? Os astrof\u00edsicos precisam de repensar as suas ideias sobre os fundamentos f\u00edsicos do Universo observ\u00e1vel.
A parte superior da ponte real\u00e7a os sete diferentes m\u00e9todos usados para medir a expans\u00e3o do Universo local. As letras correspondentes a cada t\u00e9cnica s\u00e3o implantadas na ponte. A posi\u00e7\u00e3o de cada ponto na ponte representa o valor medido da Constante de Hubble, enquanto o comprimento da barra associada mostra a incerteza estimada nas medi\u00e7\u00f5es. Os sete m\u00e9todos combinados d\u00e3o \u00e0 Constante de Hubble um valor m\u00e9dio de 73 km\/s\/Mpc.
Este n\u00famero est\u00e1 em discord\u00e2ncia com o valor combinado das t\u00e9cnicas que os astr\u00f3nomos usaram para calcular o ritmo de expans\u00e3o do Universo primitivo (parte inferior da ponte). No entanto, estas cinco t\u00e9cnicas s\u00e3o geralmente mais precisas porque t\u00eam incertezas estimadas mais pequenas. O seu valor combinado para a Constante de Hubble \u00e9 de 67,4 km\/s\/Mpc.
Cr\u00e9dito: NASA, ESA e A. James (STScI)
<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

O processo de atraso no tempo \u00e9 an\u00e1logo a quatro comboios que deixam a mesma esta\u00e7\u00e3o exatamente ao mesmo tempo e que viajam \u00e0 mesma velocidade para chegar ao mesmo destino. No entanto, cada um dos comboios chega ao destino em tempos diferentes. Isto porque cada comboio segue um caminho diferente e a dist\u00e2ncia de cada percurso n\u00e3o \u00e9 a mesma. Alguns comboios viajam por colinas. Outros por vales, e outros contornam montanhas. A partir dos v\u00e1rios tempos de chegada, podemos inferir que cada comboio viajou uma dist\u00e2ncia diferente para chegar \u00e0 mesma esta\u00e7\u00e3o. Da mesma forma, o padr\u00e3o de oscila\u00e7\u00e3o n\u00e3o aparece ao mesmo tempo porque parte da luz \u00e9 “atrasada” ao viajar por curvas criadas pela gravidade da mat\u00e9ria densa na gal\u00e1xia interveniente.<\/p>\n\n\n\n

Os investigadores calcularam um valor da Constante de Hubble de 73 quil\u00f3metros por segundo por megaparsec (com 2,4% de incerteza). Isto significa que a cada 3,3 milh\u00f5es de anos-luz adicionais que uma gal\u00e1xia est\u00e1 da Terra, esta parece estar a mover-se 73 km por segundo mais depressa, devido \u00e0 expans\u00e3o do Universo.<\/p>\n\n\n\n

A medi\u00e7\u00e3o da equipa tamb\u00e9m se aproxima do valor de 74 da Constante de Hubble calculado pela equipa SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State), que usou a t\u00e9cnica da escada de dist\u00e2ncias c\u00f3smicas. A medi\u00e7\u00e3o da equipa SH0ES baseia-se na medi\u00e7\u00e3o das dist\u00e2ncias de gal\u00e1xias perto e longe da Terra usando vari\u00e1veis Cefeidas e supernovas como marcadores para as gal\u00e1xias.<\/p>\n\n\n\n

Os valores das equipas SH0ES e H0LiCOW diferem significativamente do n\u00famero 67 do Planck, fortalecendo a tens\u00e3o nas medi\u00e7\u00f5es da Constante de Hubble no Universo moderno e no valor previsto com base nas observa\u00e7\u00f5es do Universo primitivo.<\/p>\n\n\n\n

“Um dos desafios que super\u00e1mos foi a cria\u00e7\u00e3o de programas de monitora\u00e7\u00e3o dedicados, atrav\u00e9s do COSMOGRAIL, para obter os tempos de v\u00e1rios destes sistemas de lentes,” disse Fr\u00e9d\u00e9ric Courbin, da Escola Polit\u00e9cnica Federal de Lausanne, l\u00edder do projeto COSMOGRAIL.<\/p>\n\n\n\n

Suyu acrescentou: “Ao mesmo tempo, foram desenvolvidas novas t\u00e9cnicas de modelagem de massa a fim de medir a distribui\u00e7\u00e3o de mat\u00e9ria numa gal\u00e1xia, incluindo modelos que desenh\u00e1mos para fazer uso das imagens de alta resolu\u00e7\u00e3o do Hubble. As imagens permitiram-nos reconstruir, por exemplo, as gal\u00e1xias que hospedam os quasares. Estas imagens, juntamente com imagens adicionais de campo mais amplo obtidas com telesc\u00f3pios terrestres, tamb\u00e9m nos permitem caracterizar o ambiente do sistema de lentes, que afeta a curvatura da luz. As novas t\u00e9cnicas de modelagem de massa, em combina\u00e7\u00e3o com os atrasos no tempo, ajudam-nos a medir com precis\u00e3o as dist\u00e2ncias das gal\u00e1xias.”<\/p>\n\n\n\n

Com in\u00edcio em 2012, a equipa H0LiCOW possui agora imagens do Hubble e informa\u00e7\u00f5es de atraso de tempo para 10 quasares sobre o efeito de lentes gravitacionais e gal\u00e1xias intervenientes. A equipa vai continuar a procurar e a seguir novos quasares em colabora\u00e7\u00e3o com investigadores de dois novos programas. Um deles, de nome STRIDES (STRong-lensing Insights into Dark Energy Survey), est\u00e1 a procurar novos sistemas de quasares sob o efeito de lentes gravitacionais. O segundo, chamado SHARP (Strong-lensing at High Angular Resolution Program), usa \u00f3ticas adaptativas com os telesc\u00f3pios Keck para obter imagens desses sistemas de lentes gravitacionais. O objetivo da equipa \u00e9 observar mais 30 sistemas de quasares sob o efeito de lentes gravitacionais e assim reduzir a incerteza de 2,4% para 1%.<\/p>\n\n\n\n

O Telesc\u00f3pio Espacial James Webb da NASA, com lan\u00e7amento previsto para o pr\u00f3ximo ano, poder\u00e1 ajud\u00e1-los a atingir a meta de 1% de incerteza muito mais depressa gra\u00e7as \u00e0 sua capacidade em mapear as velocidades das estrelas numa gal\u00e1xia que atua como lente gravitacional, o que permitir\u00e1 aos astr\u00f3nomos desenvolver modelos mais precisos da distribui\u00e7\u00e3o de mat\u00e9ria escura numa gal\u00e1xia.<\/p>\n\n\n\n

O trabalho da equipa H0LiCOW tamb\u00e9m abre caminho para o estudo de centenas de quasares sob o efeito de lentes gravitacionais que os astr\u00f3nomos est\u00e3o a descobrir gra\u00e7as a levantamentos como o DES (Dark Energy Survey) ou PanSTARRS (Panoramic Survey Telescope and Rapid Response System), e com o futuro LSST (Large Synoptic Survey Telescope) da NSF (National Science Foundation), que dever\u00e1 descobrir milhares de fontes adicionais.<\/p>\n\n\n\n

Al\u00e9m disso, o WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) da NASA vai ajudar os astr\u00f3nomos a resolver o desacordo no valor da Constante de Hubble, rastreando a hist\u00f3ria da expans\u00e3o do Universo. A miss\u00e3o tamb\u00e9m vai usar v\u00e1rias t\u00e9cnicas, como a amostragem de milhares de supernovas e outros objetos a v\u00e1rias dist\u00e2ncias, para ajudar a determinar se a discrep\u00e2ncia \u00e9 resultado de erros de medi\u00e7\u00e3o, t\u00e9cnicas observacionais, ou se os astr\u00f3nomos precisam de ajustar a teoria a partir da qual derivam as suas previs\u00f5es.<\/p>\n\n\n\n

A equipa apresentou os seus resultados na 235.\u00aa reuni\u00e3o da Sociedade Astron\u00f3mica Americana em Honolulu, Hawaii.<\/p>\n\n\n\n

\/\/ Hubblesite (comunicado de imprensa)<\/a>
\/\/ NASA (comunicado de imprensa)<\/a>
\/\/ Artigo cient\u00edfico (arXiv.org)<\/a><\/p>\n\n\n\n

Saiba mais:<\/h4>\n\n\n\n

Not\u00edcias relacionadas:<\/strong>
Space Daily<\/a>
PHYSORG<\/a><\/p>\n\n\n\n

Universo:<\/strong>
A expans\u00e3o acelerada do Universo (Wikipedia)<\/a>
Universo (Wikipedia)<\/a>
Idade do Universo (Wikipedia)<\/a>
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)<\/a>
Big Bang (Wikipedia)<\/a>
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)<\/a><\/p>\n\n\n\n

“Escada” c\u00f3smica de dist\u00e2ncias:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Quasar:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Lentes gravitacionais:<\/strong>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Colabora\u00e7\u00e3o H0LiCOW:<\/strong>
P\u00e1gina principal<\/a><\/p>\n\n\n\n

Telesc\u00f3pio Espacial Hubble:
<\/strong>Hubble, NASA<\/a> 
ESA<\/a>
STScI<\/a>
SpaceTelescope.org<\/a>
Base de dados do Arquivo Mikulski para Telesc\u00f3pios Espaciais<\/a><\/p>\n\n\n\n

Observat\u00f3rio Planck:<\/strong>
ESA (ci\u00eancia e tecnologia)<\/a>
ESA (centro cient\u00edfico)<\/a>
ESA (p\u00e1gina de opera\u00e7\u00f5es)<\/a>
NASA<\/a>
Arquivo do Legado Planck (ESA)<\/a>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

Observat\u00f3rio W. M. Keck:<\/strong>
P\u00e1gina oficial<\/a>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

JWST (Telesc\u00f3pio Espacial James Webb):<\/strong>
NASA<\/a>
STScI<\/a>
ESA<\/a>
Wikipedia<\/a><\/p>\n\n\n\n

WFIRST:<\/strong>
NASA<\/a>
Wikipedia<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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