Quão rápido nosso universo está se expandindo?
A constante de Hubble é um dos números mais críticos da cosmologia porque nos diz com que rapidez o universo está se expandindo. Existem diferentes métodos para medir esta taxa. No entanto, determinar a precisão desse número é essencial para entender melhor as questões fundamentais, como a idade, a história e a composição do universo.
O novo estudo de dois Universidade de Chicago astrofísicos oferece uma maneira de fazer esse cálculo: usando pares de buracos negros em colisão e, assim, entendendo evolução do universo, do que é feito e para onde está indo.
Segundo os cientistas, a nova técnica apelidada de 'sirene espectral' pode oferecer informações sobre os anos 'adolescentes' do universo.
Ocasionalmente, dois buracos negros colidem. Este evento é tão poderoso que cria um ondulação do espaço-tempo que viaja pelo universo. Essas ondulações também são conhecidas como ondas gravitacionais.
O Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro a Laser dos EUA (LIGO) e o observatório italiano Virgo podem captar essas ondulações aqui na Terra. Nos últimos anos, LIGO e Virgo coletaram as leituras de quase 100 pares de buracos negros colidindo.
O sinal de cada colisão contém informações sobre quão massivos eram os buracos negros. Mas o sinal está viajando pelo espaço e, durante esse tempo, o universo se expandiu, o que altera as propriedades do sinal.
O astrofísico da UChicago Daniel Holz, um dos dois autores do artigo, disse: “Por exemplo, se você pegar um buraco negro e colocá-lo mais cedo no universo, o sinal mudará e parecerá um buraco negro maior do que é.”
Determinar uma maneira de estimar como esse sinal mudou pode ajudar os cientistas a calcular o taxa de expansão do universo. No entanto, o problema é a calibração: como eles sabem o quanto mudou em relação ao original?
Neste novo estudo, os cientistas sugerem que podem usar o novo conhecimento sobre toda a população de buracos negros como uma ferramenta de calibração. Por exemplo, as evidências atuais indicam que a maioria dos buracos negros detectados tem entre cinco e 40 vezes a massa do nosso sol.
O primeiro autor, Jose María Ezquiaga, bolsista de pós-doutorado da NASA Einstein e bolsista do Kavli Institute for Cosmological Physics Fellow trabalhando com Holz na UChicago, disse: “Então, medimos as massas dos buracos negros próximos e entendemos suas características, e então olhamos mais longe e vemos o quanto esses outros parecem ter mudado. E isso lhe dá uma medida da expansão do universo.”
Os cientistas estão animados porque no futuro, à medida que as capacidades do LIGO se expandem, o método pode fornecer uma janela única para os anos “adolescentes” do universo – cerca de 10 bilhões de anos atrás – que são difíceis de estudar com outros métodos.
Autores notaram, “A outra vantagem desse método é que lacunas em nosso conhecimento científico criam menos incertezas. O método pode calibrar-se usando todo o população de buracos negros, identificando e corrigindo diretamente os erros. Os outros métodos usados para calcular a constante de Hubble dependem de nossa compreensão atual da física de estrelas e galáxias, que envolve muita física e astrofísica complicadas. Isso significa que as medições podem ser um pouco prejudicadas se houver algo que ainda não sabemos.”
“Por outro lado, esse novo método de buraco negro depende quase puramente de A teoria da gravidade de Einstein, que é bem estudado e enfrentou todas as maneiras como os cientistas tentaram testá-lo até agora.”
Madeira dito, “Quanto mais leituras eles tiverem de todos os buracos negros, mais precisa será essa calibração. Precisamos preferencialmente de milhares desses sinais, que devemos ter em alguns anos, e ainda mais na próxima década ou duas. Nesse ponto, seria um método incrivelmente poderoso para aprender sobre o universo.”
Jornal de referência:
- José María Ezquiaga e Daniel E. Holz. Sirenes Espectrais: Cosmologia da Distribuição de Massa Completa de Binários Compactos. Física Rev. Lett. 129, 061102 – Publicado em 3º de agosto de 2022. DOI: 10.1103/PhysRevLett.129.061102
