O Telescópio Espacial James Webb confirma a taxa de expansão do universo e um dos maiores mistérios da física

TO Telescópio Espacial James Webb confirmou descobertas de telescópios menores sobre a rapidez com que o Universo está se expandindo. Em vez de resolver o debate sobre física, isto piora a situação, porque medições anteriores contradizem o que os astrónomos acreditam que deveria acontecer, com base em Ecos do Big Bang. Isto (provavelmente) não significa que precisamos de deitar fora a maior parte do que pensamos saber sobre cosmologia, como dizem alguns. Artigos populares afirmammas deixa um grande problema para resolver.

Os astrónomos descobriram uma série de formas de determinar a rapidez com que o Universo se está a expandir, uma medida que tem implicações importantes para a idade e o futuro do Universo. Inicialmente, estas previsões apresentavam incertezas generalizadas e, embora as previsões de base variassem, as barras de erro sobrepunham-se, pelo que havia pouco com que se preocupar.

Contudo, à medida que as nossas ferramentas melhoraram e o número de fontes estudadas aumentou, as discrepâncias não desapareceram. Isto é agora conhecido como “tensão de Hubble”, uma referência à constante de Hubble, o número que define a relação entre a distância de um objeto distante e a sua velocidade.

O Telescópio Espacial James Webb é capaz de fazer uma das medições cruciais, a distância a galáxias distantes, com maior precisão do que qualquer outro instrumento. Talvez, pensaram alguns astrônomos, isso fornecesse uma resposta mais próxima daquela obtida por outros métodos, resolvendo a tensão de Hubble. Em vez disso, apoiou os resultados de outros telescópios.

“Você já teve problemas para ver uma marca que estava no limite da sua visão? O que isso diz? O que significa? Mesmo com os telescópios mais poderosos, as ‘marcas’ que os astrônomos desejam ler parecem tão pequenas que temos dificuldade também”, disse o professor Adam Rees, da Universidade Johns Hopkins. Em um declaração. Rees compartilhou o Prêmio Nobel de Física de 2011 por provar que a expansão do universo está se acelerando.

“O sinal que os cosmólogos querem ler é o sinal do limite de velocidade cósmica que nos diz quão rápido o Universo está a expandir-se – um número chamado constante de Hubble”, explicou Rees. “Nossa marca está escrita nas estrelas de galáxias distantes. As estrelas nessas galáxias nos dizem a que distância elas estão e, portanto, quanto tempo essa luz viajou para chegar até nós, e os desvios para o vermelho das galáxias nos dizem o quanto o universo tem expandiu ao longo desse tempo e, portanto, nos diga a taxa de expansão.”

Rees ganhou o prémio por ajudar a fazer esta medição utilizando supernovas do Tipo Ia, cujo pico de brilho intrínseco é muito consistente. No entanto, isso exigiria esperar pela explosão do tipo certo de supernova. Estrelas conhecidas como variáveis ​​Cefeidas oferecem uma alternativa, sendo mais abundantes.

O brilho de uma Cefeida está relacionado com a taxa com que ela se expande e contrai, dando-nos novamente uma medida que pode ser usada para calcular a distância entre elas. As variáveis ​​Cefeidas nos deram nossa primeira ideia do tamanho do universo, revelando que galáxias distantes ficam fora da Via Láctea.

No entanto, não são tão brilhantes como as supernovas e as variáveis ​​Cefeidas não podem ser vistas em galáxias distantes. No entanto, a centenas de milhões de anos-luz de distância, podem calibrar medições de supernovas, proporcionando precisão adicional, mas apenas se conseguirmos distingui-las de estrelas comuns próximas.

O Telescópio Espacial James Webb funciona em comprimentos de onda onde isso é mais fácil de fazer do que com o telescópio Hubble, e Reiss e seus colegas usaram isso para medir mais de 320 estrelas Cefeidas, algumas na galáxia relativamente próxima NGC 4258 e em NGC 5584, que hospedou uma supernova recente.

As suas medições mostram que a desconfiança na precisão do Hubble não era infundada, uma vez que este media muito bem estas galáxias. No entanto, o que os dois telescópios espaciais encontraram não corresponde exatamente às expectativas baseadas na radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

A tensão Hubble permanece sem solução.

“A possibilidade mais excitante é que o stress seja uma evidência de algo que nos falta na nossa compreensão do universo”, acrescentou Rees. “Isso pode indicar a existência de energia escura exótica, matéria escura exótica, uma revisão da nossa compreensão da gravidade ou a existência de uma partícula ou campo único.” Como se a energia escura comum e a matéria escura não fossem suficientemente confusas.

Quatro séculos depois, Shakespeare continua certo: há Nós somos Mais coisas no céu e na terra do que qualquer pessoa em sua filosofia, incluindo Horácio, poderia sonhar.

O estudo foi previamente aceito Jornal AstrofísicoA edição antecipada está disponível em ArXiv.org.

Uma versão anterior deste artigo foi publicada em setembro de 2023