A tensão do Hubble: a cosmologia está em crise?
Sabemos que o Universo está se expandindo, mas os cientistas não concordam com a taxa. Este é um problema legítimo.
- Os astrofísicos sabem da expansão do Universo há cerca de 100 anos.
- No entanto, os cientistas discordam sobre a taxa de expansão, um problema conhecido como 'tensão de Hubble'.
- O problema resulta de um desacordo entre dois métodos usados para medir a constante de Hubble.
O universo está se expandindo. Este é um fato bem estabelecido e que os cientistas têm conhecido há quase um século . Foi proposto pela primeira vez pelo físico russo Alexander Friedmann em 1922 e novamente de forma independente em 1927 pelo astrônomo belga Georges Lemaître. Confirmando a evidência observacional foi publicado pela primeira vez em 1929 pelo astrônomo americano Edwin Hubble.
Embora a expansão do cosmos seja aceita quase universalmente entre a comunidade científica, duas estimativas muito precisas da taxa na qual o Universo está se expandindo discordam uma da outra. Isso é chamado de “tensão de Hubble”, e pode ser o primeiro indício significativo de que os cosmólogos negligenciaram algo em sua teoria da criação e evolução do Universo. Embora a explicação do desacordo possa ser atribuída a um erro em uma ou ambas as estimativas, Medidas sugerem que a discrepância é real, deixando os cientistas a analisar toda a situação.
Expansão do universo: Uma analogia do elástico
A taxa de expansão do Universo pode ser um conceito confuso que talvez seja melhor introduzido por analogia. Suponha que você tenha um elástico de duas unidades de comprimento, com uma marca no centro. Você prende uma extremidade da faixa a um gancho que não pode ser movido e segura a outra extremidade para garantir que ela esteja reta. Assim, a ponta que você está segurando está a duas unidades de distância do gancho, enquanto a marca está a uma unidade de distância.
Então, imagine que você pegue a ponta solta e a estique, de modo a dobrar o comprimento, levando um segundo para fazê-lo. A extremidade está agora a quatro unidades de distância do gancho, enquanto a marca no centro está a duas unidades de distância. Assim, a marca moveu uma unidade em um segundo, enquanto a ponta solta moveu duas unidades em um segundo. O ponto chave é que o ponto mais distante do anzol se moveu mais rapidamente do que aquele mais próximo do anzol. Na linguagem da cosmologia, a velocidade de um ponto no elástico é uma unidade por segundo para cada unidade de distância do gancho.
A expansão do cosmos é exatamente a mesma: objetos mais distantes no Universo estão se afastando da Terra mais rapidamente do que os mais próximos. Em números redondos, galáxias distantes se afastam da Terra a uma taxa de 70 quilômetros por segundo para cada milhão de parsecs de distância. (Um parsec é uma unidade histórica de distância astronômica igual a 3,26 anos-luz.)
Assim, uma galáxia a um megaparsec da Terra se afasta a uma taxa de 70 km/s; uma galáxia a dois megaparsecs de distância se move a uma taxa de 140 km/s. Essa taxa é chamada de constante de Hubble, e a ideia básica está muito bem estabelecida.
A tensão de Hubble
No entanto, existem várias maneiras de determinar a constante de Hubble. A primeira e mais direta maneira é medir as distâncias das galáxias e simultaneamente medir sua velocidade. Você pode então determinar as velocidades das galáxias em função da distância. Ao fazer isso, você descobre que a constante de Hubble tem um valor de cerca de 73 ± 1 km/s por megaparsec. Diferentes grupos obtêm valores ligeiramente diferentes, mas todos são bastante consistentes. Este valor da constante de Hubble é chamado de versão “tempo tardio”, pois é determinado a partir do período relativamente tardio na vida do Universo.
Existe outra maneira de determinar a constante de Hubble examinando as condições do cosmos logo após seu início. O Universo começou há 13,8 bilhões de anos em um cataclismo cósmico chamado Big Bang. Embora seja um pouco enganoso, pode-se imaginar o Big Bang como uma vasta explosão, que incluiu uma bola de fogo brilhante e um som estrondoso. No início do Universo, a bola de fogo era impenetrável, mas, quando o cosmos tinha apenas 0,003% de sua idade atual, a expansão esfriou o Universo o suficiente para que a luz pudesse escapar da bola de fogo e viajar pelo cosmos.
Enquanto o Universo estava brilhando quente naquela época, a expansão do espaço ao longo das eras o esfriou até que a luz não fosse mais visível. De fato, essa luz antes visível agora é apenas micro-ondas, que podem ser detectadas por antenas de rádio. Este remanescente sussurrante primordial do Big Bang é chamado de Fundo Cósmico de Microondas (CMB) , e foi detectado pela primeira vez em 1964.
As ondas sonoras do Big Bang foram bloqueadas na bola de fogo inicial, resultando em pequenas variações na CMB. Os astrônomos podem medir essas variações com muita precisão. Usando esses padrões, eles podem pegar todos os fatores conhecidos por terem alguma relevância para o Big Bang e a evolução subsequente do Universo e prever um valor da constante de Hubble para o nosso dia atual. Essa abordagem depende crucialmente das medições dessas variações no CMB, bem como de várias ideias teóricas. Usando esta informação “precoce”, os astrofísicos prevêem que a constante de Hubble deve ser de cerca de 67,5 ± 0,5 km/s por megaparsec.
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E há o problema, como dizem. As medições do tempo inicial e do tempo tardio simplesmente discordam, e isso é especificamente o que é chamado de tensão de Hubble. Desentendimentos tendem a gerar entusiasmo na comunidade astronômica porque uma discrepância dessa magnitude pode significar que as teorias precisam ser repensadas. Em outras palavras, há mais ciência por aí para descobrir.
O que explica a tensão de Hubble?
No entanto, antes que alguém fique muito animado, é importante que os pesquisadores verifiquem seus resultados. Um erro em uma medição pode explicar tudo. O erro mais provável é que os pesquisadores que determinaram o valor do “tempo tardio” da constante de Hubble poderiam ter medido mal a distância das galáxias que estudaram. No entanto, dois novos estudos ( 1 e dois ) afirmam ter reduzido a gama de possíveis incertezas das medições “tardias” a tal ponto que muitos pesquisadores estão começando a pensar em como nossa compreensão do nascimento e evolução do Universo pode ser modificada.
Então, o que poderia ser? As primeiras medições de tempo predizem que a constante de Hubble nos dias modernos deve ser menor do que a medida atualmente. Se levado a sério, isso implica que algum fenômeno físico desconhecido deu um “chute” no Universo desde o início, resultando nas medições atuais e mais rápidas. Uma ideia que foi proposta é que durante os primeiros 10% do tempo de vida do Universo, uma forma de gravidade repulsiva foi ativada brevemente, dando à expansão do Universo um breve empurrão, antes de de alguma forma “desligar” e desaparecer.
Embora essa conjectura seja certamente ousada, é semelhante a um fenômeno que vemos nos dias atuais, em que uma forma de energia chamada “energia escura” está fazendo com que a expansão do Universo acelere. Como observamos fortes evidências de energia escura, sugerir um efeito semelhante no início da história do cosmos não é irracional.
Independentemente da explicação final, a tensão do Hubble está se tornando um belo mistério. Os esforços contínuos continuam tentando refinar as estimativas de tempo inicial e tardia da constante de Hubble, e levará algum tempo até que a questão seja resolvida.
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