A medição mais precisa feita até hoje da velocidade a que o Universo se está a expandir indica que temos, de facto, um problema real e sério em mãos.
A colaboração internacional H0DN - um relatório de consenso comunitário sobre a constante de Hubble - voltou a cartografar os marcadores usados para medir a expansão cósmica e construiu uma estrutura que fixa a taxa em 73.5 quilómetros por segundo por megaparsec no Universo local, com uma certeza de 7 sigma.
O entrave é que as medições independentes continuam a apontar para 67.24 quilómetros por segundo por megaparsec no Universo primordial. E estes novos esforços não nos aproximaram de resolver a discrepância, conhecida como tensão de Hubble.
Aperte o cinto: explicamos já.
O que mede a constante de Hubble (H0)
Há cerca de 13.8 mil milhões de anos, o nosso Universo surgiu e, desde então, não parou de se expandir. A velocidade a que isso acontece é descrita pela constante de Hubble, ou H0, uma das medições fundamentais para compreendermos o cosmos.
A constante de Hubble é usada para estimar a idade e a dimensão do Universo. Também ajuda a clarificar o papel da enigmática energia escura que impulsiona a expansão do Universo. Além disso, é um dos valores necessários para calcular distâncias entre galáxias.
Os astrónomos dispõem de várias ferramentas extremamente precisas para determinar H0 - e é aqui que começam as dificuldades.
Porque existe a tensão de Hubble
Quando H0 é medido no Universo local e recente, os diferentes métodos tendem a convergir para valores muito semelhantes, tipicamente entre 72 e 74 quilómetros por segundo por megaparsec. Já os instrumentos e técnicas que estimam H0 no Universo distante e antigo também são consistentes entre si, mas ficam por volta de 67 ou 68 quilómetros por segundo por megaparsec.
O problema é que estes dois períodos do Universo não entram em concordância, o que sugere que nos está a escapar algum ingrediente importante. A esta incompatibilidade dá-se o nome de tensão de Hubble.
A escada das distâncias cósmicas no Universo local
Para medir H0 nas proximidades cósmicas, os astrónomos recorrem ao que se chama a escada das distâncias cósmicas, em que cada “degrau” corresponde a uma técnica distinta de medição.
- Primeiro degrau: paralaxe. Trata-se do deslocamento aparente na posição de objectos distantes quando observados a partir de pontos de vista diferentes. À medida que a Terra se desloca em torno do Sol, a paralaxe das estrelas permite-nos inferir a que distância se encontram.
- Segundo degrau: estrelas com brilho conhecido, como as variáveis Cefeidas.
- Terceiro degrau: supernovas do tipo Ia, que exibem um pico de luminosidade conhecido.
Uma explicação possível para a tensão de Hubble é a existência de um erro de cálculo num dos degraus da escada das distâncias, que depois se propagaria até ao valor final.
A Rede Local de Distâncias da colaboração H0DN
Para enfrentar esse cenário, a colaboração optou por construir não uma escada, mas sim uma rede de distâncias formada por muitas técnicas sobrepostas de medição - incluindo variáveis Cefeidas, estrelas na extremidade do ramo das gigantes vermelhas, variáveis Mira, megamáseres, supernovas do tipo Ia e do tipo II, flutuações da luminosidade superficial, a relação de Tully-Fisher e o Plano Fundamental.
Em conjunto, estes métodos produzem medições rigorosas para estrelas e galáxias relativamente próximas, e parte dessas medições cruza-se entre si. A Rede Local de Distâncias resultante indica que a constante de Hubble local se situa em 73.5 quilómetros por segundo por megaparsec.
De forma decisiva, a equipa submeteu o resultado a testes extremamente exigentes. Foram retirando, à vez, vários métodos e telescópios para verificar se a exclusão de algum deles alterava o valor - o que denunciaria um problema nesse procedimento.
Também experimentaram trabalhar com diferentes conjuntos de dados e ajustaram os pressupostos em que a análise assentava.
O valor praticamente não se mexeu. Esta é, até agora, a verificação mais rigorosa de H0 ao nível local, e resistiu a tudo o que a colaboração H0DN lhe aplicou.
Ainda assim, as medições de H0 no Universo distante também se mostram sólidas e mantêm-se sistematicamente próximas de 67 quilómetros por segundo por megaparsec.
O que estes resultados implicam para a tensão de Hubble
Nos últimos anos, algumas tentativas têm procurado desfazer a tensão de Hubble partindo da ideia de que as medições estariam erradas. Em geral, quando as hipóteses se resumem a erro humano ou a física desconhecida, é frequente que o culpado acabe por ser o primeiro - pelo que essa expectativa não é descabida.
No entanto, este novo trabalho reforça a indicação de que o problema é mesmo real - e que poderá exigir nova física para ser resolvido.
Os investigadores disponibilizaram gratuitamente no GitHub o código da sua Rede Local de Distâncias, para que outras pessoas possam tentar reproduzir os resultados.
"Rather than serving solely to constrain dark energy models, as envisioned a decade ago, the improved accuracy of H0 now exposes a broader inconsistency within the standard cosmological framework and strengthens the case for new physics or a deeper reassessment of early-Universe inferences," escreve a colaboração H0DN.
"The evolving role of H0 has already reshaped our understanding of precision cosmology, and further surprises may lie ahead."
O artigo foi publicado na revista Astronomia e Astrofísica.
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