A medição mais exacta de sempre da rapidez com que o Universo se expande indica que há, de facto, um problema sério por resolver.
A colaboração internacional H0DN - um relatório de consenso da comunidade sobre a constante de Hubble - voltou a cartografar os marcadores usados para medir a expansão cósmica e construiu um enquadramento que fixa a taxa no Universo local em 73,5 quilómetros por segundo por megaparsec, com uma certeza de 7 sigma.
O entrave é que medições independentes continuam a apontar para 67,24 quilómetros por segundo por megaparsec no Universo primordial - e estes novos esforços não nos aproximaram de reconciliar a divergência, conhecida como tensão de Hubble.
Prepare-se: vamos explicar.
O que é a constante de Hubble (H0)
O Universo surgiu há cerca de 13,8 mil milhões de anos e, desde então, não parou de se expandir. A velocidade dessa expansão é descrita pela constante de Hubble, ou H0, uma das medições fundamentais para interpretarmos o cosmos.
A constante de Hubble é essencial para estimar a idade e a dimensão do Universo. Também ajuda a clarificar o impacto da enigmática energia escura, responsável por acelerar a expansão. Além disso, é um valor indispensável para calcular distâncias intergalácticas.
Os astrónomos dispõem de várias formas altamente precisas de determinar H0 - e é precisamente aqui que as dificuldades começam.
Porque existe a tensão de Hubble
Quando H0 é medido no Universo local e recente, os métodos tendem a concordar entre si e devolvem valores muito semelhantes, tipicamente entre 72 e 74 quilómetros por segundo por megaparsec. Já as técnicas que inferem H0 a partir do Universo distante e primordial também são coerentes entre si, situando-se por volta de 67 ou 68 quilómetros por segundo por megaparsec.
O problema é que estes dois períodos (local/recente e distante/primordial) não se alinham num mesmo valor, o que sugere que estamos a falhar algum elemento importante. Essa incompatibilidade é o que se designa por tensão de Hubble.
A escada de distâncias cósmicas no Universo local
A colaboração H0DN decidiu atacar o problema a partir do Universo local. Para medir H0 nas proximidades cósmicas, os astrónomos recorrem ao que é conhecido como a escada de distâncias cósmicas, em que cada “degrau” corresponde a uma técnica distinta de medição.
O primeiro degrau é a paralaxe: a deslocação aparente da posição de objectos distantes quando observados a partir de pontos de vista diferentes. À medida que a Terra orbita o Sol, a paralaxe das estrelas permite determinar a que distância se encontram.
No segundo degrau entram estrelas com brilho intrinsecamente conhecido, como as variáveis Cefeidas. O terceiro degrau recorre a supernovas do Tipo Ia, cuja luminosidade máxima é bem caracterizada.
Uma explicação possível para a tensão de Hubble seria a existência de um erro num dos degraus desta escada, propagando-se depois até ao valor final.
Rede Local de Distâncias (H0DN): métodos sobrepostos e testes de robustez
Para contornar essa hipótese, a equipa construiu não uma escada, mas uma rede de distâncias formada por múltiplas técnicas sobrepostas - incluindo variáveis Cefeidas, estrelas na ponta do ramo das gigantes vermelhas, variáveis Mira, megamasers, supernovas do Tipo Ia e do Tipo II, flutuações do brilho superficial, a relação de Tully-Fisher e o Plano Fundamental.
Em conjunto, estes métodos fornecem medições fiáveis para estrelas e galáxias próximas, com vários casos de sobreposição entre si. A Rede Local de Distâncias combinada indica que a constante de Hubble no Universo local é 73,5 quilómetros por segundo por megaparsec.
De forma crucial, os investigadores submeteram os resultados a uma bateria rigorosa de testes de esforço. Foram retirando, à vez, diferentes métodos e telescópios para verificar se a remoção de algum alterava o resultado - o que denunciaria um problema específico nessa abordagem.
Também repetiram a análise com conjuntos de dados alternativos e modificaram os pressupostos subjacentes ao tratamento estatístico.
O valor praticamente não oscilou. Trata-se, até ao momento, do exame mais apertado de H0 no Universo local, e resistiu a tudo o que a colaboração H0DN lhe aplicou.
O que isto sugere sobre nova física
Ainda assim, as determinações de H0 no Universo distante continuam igualmente sólidas e mantêm-se, de forma consistente, próximas de 67 quilómetros por segundo por megaparsec.
Nos últimos anos, várias tentativas procuraram eliminar a tensão de Hubble assumindo que as medições poderiam estar erradas. Em geral, quando as opções são erro humano ou física desconhecida, é comum que a explicação mais prosaica pareça a mais provável - e, por isso, essa expectativa não é descabida.
No entanto, este novo trabalho aponta com força para que a discrepância seja real - e que possa exigir nova física para ser resolvida.
Os investigadores disponibilizaram gratuitamente, no GitHub, o código da Rede Local de Distâncias, para que outros possam tentar reproduzir os resultados.
"Em vez de servir apenas para restringir modelos de energia escura, como se imaginava há uma década, a maior exactidão de H0 expõe agora uma inconsistência mais ampla no enquadramento cosmológico padrão e reforça o argumento a favor de nova física ou de uma reavaliação mais profunda das inferências sobre o Universo primordial", escreve a colaboração H0DN.
"O papel evolutivo de H0 já remodelou a nossa compreensão da cosmologia de precisão, e poderão surgir novas surpresas no futuro."
O artigo foi publicado na Astronomy & Astrophysics.
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