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O universo tem um problema constante de Hubble

As diferenças na maneira como a constante de Hubble - que mede a taxa de expansão cósmica - é medida têm profundas implicações para o futuro da cosmologia.

• A constante de Hubble é usada para estimar a taxa de expansão do universo.
• Existem duas maneiras diferentes de calcular seu valor, mas fornecem resultados diferentes.
• A diferença pode dar aos físicos uma abertura para encontrar novas leis cósmicas, mas há uma enorme incerteza sobre qual caminho seguir para encontrá-las.

Há algo errado com o universo. Ok, não é o universo que é o problema; é a nossa compreensão do universo. O problema está na cosmologia - o ramo da ciência que estuda a evolução cósmica - e está piorando. Mas isso pode, ou não, ser uma coisa boa.

Fale com um astrônomo ou físico sobre o estado da arte na compreensão do universo e eles dirão que entramos na 'Era da Precisão' da cosmologia. Os dados relevantes para a evolução cósmica ficaram tão bons que conhecemos todos os parâmetros relevantes - coisas como a idade do universo e densidade média - até algumas casas decimais. É uma conquista impressionante.

Um dos mais importantes desses parâmetros cósmicos é o que é conhecido como constante de Hubble (cosmologistas escrevem como H_ou) A cosmologia moderna nos diz que o universo vem se expandindo desde seu início no Big Bang. O Constante de Hubble especifica a taxa dessa expansão. Também está relacionado à idade do universo. Valores maiores de H_ousignifica um universo mais jovem. Valores menores de H_ousignifica um universo mais antigo.

Um conflito entre maneiras diferentes de medir [a constante de Hubble] agora está gerando uma grande notícia na cosmologia, e ninguém tem certeza de qual é o próximo passo correto.

Quando Edwin Hubble descobriu pela primeira vez que o universo estava se expandindo, seus dados brutos deram a H_ou= 500 (ignoraremos as unidades). Esse valor era tão grande que indicava uma idade do universo menor que a do sol ou da terra. Melhores medições logo deram valores muito mais baixos de H_ou, resolvendo este conflito. Mas a ideia de conflito com os valores medidos de H_ounão foi embora. Um conflito entre maneiras diferentes de medir H_ouagora está trazendo grandes novidades na cosmologia, e ninguém tem certeza de qual é o próximo passo correto.

Mais constantes, mais problemas

Existem basicamente duas maneiras modernas de medir a constante de Hubble. O primeiro é baseado na observação do que os cosmologistas chamam de universo 'tardio'. Os astrônomos tentam fazer medições diretas de quão rápido os objetos distantes estão se afastando de nós (ou seja, seu desvio para o vermelho). Existem duas partes para esses tipos de observações. Primeiro, os astrônomos precisam de uma medição precisa da distância de um objeto. Em seguida, eles precisam obter uma medição precisa de seu desvio para o vermelho. Usando supernovas como 'velas padrão' para obter distâncias para galáxias distantes, este método do universo tardio fornece um valor da constante de Hubble de H_ou= 74,03.

O outro método se baseia em dados do universo 'inicial', ou seja, logo após o Big Bang. A radiação de micro-ondas emitida pela matéria cerca de 300.000 anos após o início cósmico fornece aos astrônomos uma rica fonte de medições no início do universo. Os melhores dados deste fundo cósmico de micro-ondas vêm do satélite Planck lançado em 2009. E a melhor análise dos dados do Planck produz H_ou= 67,40, que claramente não é o mesmo valor dos dados de supernova. Portanto, os dois métodos produzem resultados conflitantes. Sem saber qual valor está certo, não podemos definir outras propriedades como, por exemplo, a idade exata do universo.

O conflito entre as duas abordagens em si não é novidade. As pessoas já jogam esse jogo há algum tempo e, durante todo esse tempo, sempre houve alguma diferença entre as abordagens do universo primitivo e tardio. Mas todos pensaram que era apenas uma questão de tempo até que novos e melhores dados resolvessem o conflito. Eventualmente, acreditava-se, o valor final ficaria em algum lugar entre H_ou= 74,03 e H_ou= 67,40. Mas as coisas não funcionaram dessa maneira e daquela é notícias .

O remanescente da supernova Kepler Crédito: AFP através da Getty Images

Nos últimos anos, as medições da abordagem do universo tardio têm se tornado cada vez melhores. Isso significa os 'erros' ou 'incertezas' inerentes a este valor de H_ouestão ficando tão pequenos que não há chance de uma reconciliação com os métodos do universo primitivo. O padrão ouro para uma medição é quando ela atinge o nível '5 sigma', o que basicamente significa que a confiança no valor medido atinge níveis astronômicos (sem trocadilhos). Com as medições anunciadas em 2019, o valor tardio do universo de H_ouestava perto ou ultrapassou o limite de 5 sigma.

Portanto, se a medição do universo tardio for sólida, o que está acontecendo? O que estão faltando os cosmologistas? A possibilidade mais emocionante é que o conflito não seja sobre erros de medição ou análise, mas, em vez disso, nos indique o Santo Graal da nova física.

Para fazer suas medições de H no universo inicial_ou, os cosmologistas devem confiar fortemente em seu modelo cosmológico dominante. Isso é chamado de modelo 'Lambda Cold Dark Matter' ou Lambda-CDM. Baseia-se no universo sendo feito principalmente de energia escura (lambda) e uma forma lenta de matéria escura. Este modelo (ou teoria) faz previsões que foram muito, muito bem testadas. Em outras palavras, funciona. Mas a tensão entre os dois métodos de determinação de H_outem alguns teóricos cosmológicos prontos para fazer mudanças no Lambda-CDM que podem ter grandes consequências para a nossa compreensão do universo. Esses alterar vão desde apenas brincar com a natureza da energia escura até mudar a teoria da relatividade de Einstein.

O problema é que o Lambda-CDM funciona tão bem, de tantas maneiras, que não é algo que alguém jogue fora levianamente. Qualquer mudança em qualquer um de seus componentes terá consequências que podem bagunçar os lugares que já funcionam para explicar o que vemos no cosmos. O que tudo isso significa é que a tensão na constante de Hubble nos oferece uma lição de como a ciência progride. Os cosmologistas têm um paradigma que amam e geralmente funciona. Mas aí vem esse problema e, como filósofo da ciência Thomas Kuhn apontado, existem maneiras típicas de os cientistas responderem ao problema. No início, todos pensam que o problema irá embora. Mas então isso não acontece. então, o que eles deveriam fazer? Eles poderiam mexer com a velha teoria de uma forma que parecesse manipulada pelo júri. Eles poderiam abandonar a velha teoria inteiramente a um custo enorme. Eles também podem continuar bisbilhotando e torcer para que as coisas dêem certo. então, o que eles deveriam fazer? O que você faria?

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