James Webb e Hubble confirmam a taxa de expansão do Universo, mas a questão permanece em aberto

James Webb e Hubble confirmam a taxa de expansão do Universo, mas a questão permanece em aberto

Se dizemos que nosso universo tem 13,8 bilhões de anos, é porque nos últimos 34 anos de observações, o Telescópio Espacial Hubble nos permitiu medir com precisão a taxa de sua expansão.

Há cem anos, sabemos que nosso universo está se expandindo, que essa expansão está se acelerando e que a taxa de mudança nesse processo pode ser medida usando um parâmetro chamado constante de Hubble. O valor dessa constante foi medido por vários métodos, como o Telescópio Espacial Hubble, medindo indicadores intermediários conhecidos como variáveis Cefeidas.

No entanto, o valor do Hubble é inconsistente com outras medições que sugerem que o universo se expandiu mais rápido desde o Big Bang, que foram feitas mapeando a radiação cósmica de fundo de micro-ondas com o satélite Planck da ESA. Essa discrepância é conhecida como "tensão do Hubble".

Em setembro de 2023, o Telescópio Espacial James Webb detectou o mesmo valor da taxa de expansão cósmica obtida pelo Hubble. Mas, para dissipar quaisquer dúvidas, os cientistas fizeram medições adicionais das Cefeidas com o Webb e depois as compararam com os mesmos dados obtidos pelo Hubble.

Isso lhes deu a confirmação definitiva de que poderiam descartar erros de medição na estimativa da constante de Hubble obtida com os dois telescópios espaciais e, portanto, eles poderiam considerar esse valor particularmente promissor para resolver o problema de estresse do Hubble de uma vez por todas. Ou talvez não...

Amostragem inédita

A equipe SH0ES (Supernova H0 para a Equação do Estado da Energia Escura), que realizou as novas medições, foi liderada pelo físico Adam Riess, da Universidade Johns Hopkins, em Baltimore, vencedor do Prêmio Nobel de Física de 2011 junto com Saul Perlmutter e Brian P. Schmidt por sua descoberta da aceleração do universo estudando supernovas.

Nas novas observações de alta resolução, James Webb examinou uma amostra significativamente maior em comparação com medições anteriores. No total, há 1.000 Cefeidas incluídas nas cinco galáxias hospedeiras de oito supernovas do Tipo Ia. Especificamente, este exemplo:

• A galáxia mais distante que medimos Cefeidas foi alcançada: NGC 5468, a 150 milhões de anos-luz de distância.
• O alcance das distâncias espaciais consideradas foi dobrado para cobrir todo o alcance analisado anteriormente pelo Hubble.
• Eles triplicaram o tamanho da amostra das Cefeidas estudadas até agora para medir a constante de Hubble.

Além disso, nesta amostra, devido à excelente resolução dos instrumentos Webb, foi possível reduzir significativamente, e em termos práticos, eliminar quase completamente o ruído de deslocamento, principal fonte de ruído na fotometria no infravermelho próximo das variáveis Cefeidas observadas.

Campos NIRCam da espaçonave James Webb sobrepostos às imagens coloridas do Digitized Sky Survey para as quatro estrelas (acima), e imagens NIRCam RGB (F090W/F150W/F277W) mostrando a posição das Cefeidas (círculos azuis) na nova amostra analisada pelo Webb. O norte está no topo e o leste está à esquerda.

A probabilidade de erro é rejeitada com certeza 8σ

Uma amostra de observações do Webb tiradas pela equipe de Riess e colegas fornece evidências muito fortes de que a fotometria de Cefeidas no infravermelho próximo do Hubble é precisa, embora mais ruidosa, do que a obtida por James Webb.

Em particular, o nível de confiança na rejeição da hipótese sobre a falta de precisão desses dados chega a 8,2σ, ou seja, essa confiança é ainda maior do que a confiança na presença da tensão de Hubble.

Este resultado diz-nos duas coisas. A primeira é que a taxa de expansão do universo, calculada a partir dos dados fotométricos do Hubble a partir de variáveis Cefeidas e confirmada pela análise de James Webb, é baseada em dados precisos. Assim, as observações desses dois telescópios espaciais permanecem confiáveis mesmo quando nos movemos ao longo da escala de distâncias cósmicas.

E se entendermos mal o universo?

Em segundo lugar, está claro que ainda não há explicação para a tensão do Hubble, ou seja, por que o Hubble e o Webb dão um resultado e a missão Plack outro.

Como a expansão do universo mudou ao longo de bilhões de anos ainda não foi diretamente observada, e as observações indiretas, nas quais até agora confiamos graças às variáveis Cefeidas e à radiação cósmica de fundo, não nos permitem entender por que há uma discrepância. "Neste ponto, é altamente provável que uma solução para a tensão do Hubble exista em outro lugar", escrevem os cientistas no artigo.

Duas grandes missões futuras poderão ajudar nessa tarefa. Um deles já está em operação – o Euclides, o telescópio espacial mais ambicioso já projetado, construído e lançado pela Europa, que recentemente iniciou sua pesquisa espacial. A missão de Euclides é estudar em detalhes 95% do universo, que é composto por matéria escura e energia escura, que se acredita serem responsáveis por acelerar a expansão cósmica.

O segundo projeto que ajudará no futuro e que colaborará com Euclides é o Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA, que está atualmente programado para ser lançado em 2027. Essas missões serão capazes de fornecer uma visão mais ampla do problema, novas observações diretas e novos métodos para estudar a história do espaço. Como observou Riess, "precisamos descobrir se estamos perdendo algo sobre como conectar o início do universo e o tempo presente".

Os resultados do estudo, publicado no The Astrophysical Journal, podem ser encontrados aqui.