A taxa na qual o universo está se expandindo, conhecida como constante de Hubble, é um número fundamental para a compreensão da evolução e do destino do cosmos. No entanto, há uma diferença persistente entre o valor medido a partir de observações e o valor previsto pela teoria, chamada de “Tensão de Hubble”. As observações do Telescópio Espacial James Webb da NASA fornecem novos recursos para refinar as evidências observacionais dessa tensão.
Adam Riess, ganhador do Prêmio Nobel da Universidade Johns Hopkins, apresentou recentemente um trabalho usando dados do Webb para melhorar as medições locais da constante de Hubble. Como se estivessem lutando para ler um sinal distante, o “sinal” que os astrônomos querem decifrar parece pequeno e embaçado. Esse sinal é o limite de velocidade cósmica que revela a taxa de expansão do universo – a constante de Hubble. Ela está escrita nas estrelas de galáxias distantes.
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O brilho de certas estrelas indica suas distâncias, mostrando quanto tempo sua luz viajou. Os desvios para o vermelho das galáxias revelam o quanto o universo se expandiu durante esse tempo, fornecendo a taxa de expansão.
Uma classe de estrelas chamada de variáveis Cefeidas tem fornecido as medições de distância mais precisas há mais de um século. As cefeidas são estrelas supergigantes extraordinariamente brilhantes que pulsam durante semanas, com períodos de pulsação mais longos indicando maior luminosidade. Elas são o padrão ouro para medir distâncias de galáxias a dezenas de milhões de anos-luz de distância, o que é essencial para a constante de Hubble.
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Infelizmente, as estrelas se aglomeram em nossa visão distante, muitas vezes sem resolução para separá-las. Uma das principais justificativas para o Hubble foi resolver esse problema escapando da atmosfera embaçada da Terra.
O Hubble identifica Cefeidas em galáxias a mais de 100 milhões de anos-luz de distância, medindo suas mudanças periódicas de brilho. Mas os astrônomos também precisam observar as Cefeidas no infravermelho, onde a luz passa sem ser perturbada pela poeira. A visão infravermelha do Hubble é menos nítida, misturando a luz das Cefeidas com outras estrelas. A contabilização estatística da mistura média adiciona ruído.
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A visão infravermelha nítida é um superpoder do James Webb. Seu grande espelho e ótica sensível separam prontamente a luz das Cefeidas com pouca mistura. No primeiro ano do Webb, os astrônomos coletaram observações de cefeidas em dois degraus da escada de distância cósmica.
O primeiro passo calibra a luminosidade das cefeidas usando uma galáxia com uma distância conhecida – NGC 4258. O segundo passo observa as Cefeidas em galáxias hospedeiras de supernovas Tipo Ia recentes, transferindo a calibração da distância para as supernovas.
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A terceira etapa observa essas supernovas em locais distantes, onde as medições do universo em expansão são obtidas pela comparação de suas distâncias e redshifts da galáxia hospedeira.
Recentemente, os astrônomos obtiveram as primeiras medições de cefeidas do Webb a partir das etapas um e dois, completando a escada de distância para comparação com o Hubble. A resolução do Webb reduziu drasticamente o ruído das cefeidas causado pela mistura.
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As medições confirmaram as observações do Hubble, embora mais ruidosas. Os astrônomos também observaram mais quatro hospedeiros de supernovas, observando uma tendência semelhante.
Mas a taxa de expansão mais rápida continua sem explicação – a Tensão do Hubble, que durou uma década. Os astrônomos podem prever a taxa de expansão com base no fundo cósmico de micro-ondas e nos modelos de crescimento.
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O problema é que a observação excede a previsão. O mais empolgante é a possibilidade de uma nova física – matéria exótica, gravidade revisada, partículas únicas. O mais mundano são os vários erros de medição, portanto, a confirmação independente é fundamental.
Com o Webb confirmando o Hubble, suas medições fornecem a evidência mais forte até o momento de que os erros das cefeidas do Hubble não contribuem significativamente. As possibilidades interessantes permanecem, aprofundando o mistério da Tensão.
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Enquanto os astrônomos se esforçam para ler o sinal turvo do limite de velocidade cósmica do universo, a visão nítida do Webb reafirma que o sinal é real, mantendo aberta uma janela para uma nova física. A resolução da Tensão do Hubble continua sendo uma das principais prioridades para a continuidade da jornada de descobertas do Webb.
