Webb, Hubble e a taxa de expansão do universo

novembro 27, 2024

Webb, Hubble e a taxa de expansão do universo

Créditos de imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)

Esta imagem impressionante da galáxia espiral NGC 5468 combina dados dos telescópios espaciais Hubble e James Webb.

A NGC 5468 está localizada a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, é a galáxia mais distante na qual o Hubble identificou estrelas variáveis Cefeidas, que são marcadores importantes para medir a taxa de expansão do universo.

A distância calculada a partir das Cefeidas foi correlacionada com uma supernova tipo Ia na NGC 5468. As supernovas tipo Ia são tão brilhantes que são usadas para medir distâncias cósmicas muito além do alcance das Cefeidas, estendendo as medições da taxa de expansão do universo mais profundamente no espaço.

Saiba o que foi feito para confirmar a taxa de espansão do universo no artigo divulgado pela NASA, reproduzido abaixo na íntegra.

Telescópios Webb e Hubble da NASA confirmam taxa de expansão do universo, quebra-cabeça persiste

Quando você está tentando resolver um dos maiores enigmas da cosmologia, você deve verificar três vezes sua lição de casa. O quebra-cabeça, chamado de "Tensão de Hubble", é que a taxa atual de expansão do universo é mais rápida do que os astrônomos esperam que seja, com base nas condições iniciais do universo e em nossa compreensão atual da evolução do universo.

Cientistas usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA e muitos outros telescópios consistentemente encontram um número que não corresponde às previsões baseadas em observações da missão Planck da ESA (Agência Espacial Europeia) . Resolver essa discrepância requer uma nova física? Ou é resultado de erros de medição entre os dois métodos diferentes usados para determinar a taxa de expansão do espaço?

O Hubble vem medindo a taxa atual de expansão do universo há 30 anos , e os astrônomos querem eliminar qualquer dúvida remanescente sobre sua precisão. Agora, o Hubble e o Telescópio Espacial James Webb da NASA se uniram para produzir medições definitivas, reforçando o caso de que algo mais – não erros de medição – está influenciando a taxa de expansão.

“Com erros de medição negados, o que resta é a possibilidade real e emocionante de que tenhamos entendido mal o universo”, disse Adam Riess, físico da Universidade Johns Hopkins em Baltimore. Riess tem um Prêmio Nobel por co-descobrir o fato de que a expansão do universo está acelerando, devido a um fenômeno misterioso agora chamado de “energia escura”.

Como uma verificação cruzada, uma observação inicial do Webb em 2023 confirmou que as medições do Hubble do universo em expansão eram precisas. No entanto, esperando aliviar a Tensão de Hubble, alguns cientistas especularam que erros invisíveis na medição podem crescer e se tornar visíveis à medida que olhamos mais profundamente no universo. Em particular, a aglomeração estelar pode afetar as medições de brilho de estrelas mais distantes de forma sistemática.

A equipe SH0ES (Supernova H0 para a Equação de Estado da Energia Escura), liderada por Riess, obteve observações adicionais com Webb de objetos que são marcadores cósmicos críticos, conhecidos como estrelas variáveis Cefeidas, que agora podem ser correlacionados com os dados do Hubble.

“Agora abrangemos toda a gama do que o Hubble observou e podemos descartar um erro de medição como causa da Tensão de Hubble com altíssima confiança”, disse Riess.

As primeiras observações do Webb feitas pela equipe em 2023 foram bem-sucedidas em mostrar que o Hubble estava no caminho certo ao estabelecer firmemente a fidelidade dos primeiros degraus da chamada escada da distância cósmica .

Os astrônomos usam vários métodos para medir distâncias relativas no universo, dependendo do objeto que está sendo observado. Coletivamente, essas técnicas são conhecidas como a escada de distância cósmica – cada degrau ou técnica de medição depende do passo anterior para calibração.

Mas alguns astrônomos sugeriram que, movendo-se para fora ao longo do "segundo degrau", a escada da distância cósmica pode ficar instável se as medições de Cefeidas se tornarem menos precisas com a distância. Tais imprecisões podem ocorrer porque a luz de uma Cefeida pode se misturar com a de uma estrela adjacente - um efeito que pode se tornar mais pronunciado com a distância, à medida que as estrelas se aglomeram e se tornam mais difíceis de distinguir umas das outras.

O desafio observacional é que as imagens passadas do Hubble dessas variáveis Cefeidas mais distantes parecem mais amontoadas e sobrepostas com estrelas vizinhas em distâncias cada vez maiores entre nós e suas galáxias hospedeiras, exigindo uma contabilização cuidadosa desse efeito. A poeira interveniente complica ainda mais a certeza das medições em luz visível. O Webb corta a poeira e naturalmente isola as Cefeidas de estrelas vizinhas porque sua visão é mais nítida do que a do Hubble em comprimentos de onda infravermelhos.

“Combinar Webb e Hubble nos dá o melhor dos dois mundos. Descobrimos que as medições do Hubble permanecem confiáveis à medida que subimos mais na escada da distância cósmica”, disse Riess.

As novas observações do Webb incluem cinco galáxias hospedeiras de oito supernovas do Tipo Ia contendo um total de 1.000 Cefeidas, e alcançam a galáxia mais distante onde as Cefeidas foram bem medidas – NGC 5468 – a uma distância de 130 milhões de anos-luz. “Isso abrange todo o intervalo onde fizemos medições com o Hubble. Então, chegamos ao fim do segundo degrau da escada da distância cósmica”, disse o coautor Gagandeep Anand do Space Telescope Science Institute em Baltimore, que opera os telescópios Webb e Hubble para a NASA.

A confirmação adicional de Hubble e Webb da Tensão de Hubble configura outros observatórios para possivelmente resolver o mistério. O futuro Telescópio Espacial Nancy Grace Roman da NASA fará amplas pesquisas celestes paraestudar a influência da energia escura, a energia misteriosa que está causando a expansão do universo a acelerar. O observatório Euclides da ESA , com contribuições da NASA, está buscando uma tarefa semelhante.

No momento, é como se a escada de distância observada por Hubble e Webb tivesse firmemente fixado um ponto de ancoragem em uma margem de um rio, e o brilho residual do big bang observado pela medição de Planck do início do universo estivesse firmemente fixado do outro lado. Como a expansão do universo estava mudando nos bilhões de anos entre esses dois pontos finais ainda não foi diretamente observado. “Precisamos descobrir se estamos perdendo algo sobre como conectar o início do universo e os dias atuais”, disse Riess.

Estrela Variável Cefeida P42 em NGC 5468

Créditos de imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)

No centro dessas imagens lado a lado está uma classe especial de estrela usada como um marcador de marco para medir a taxa de expansão do universo – uma estrela variável Cefeida. As duas imagens são muito pixeladas porque são uma visão muito ampliada de uma galáxia distante. Cada um dos pixels representa uma ou mais estrelas.

A imagem do Telescópio Espacial James Webb é significativamente mais nítida em comprimentos de onda do infravermelho próximo do que o Hubble (que é principalmente um telescópio de luz ultravioleta visível). Ao reduzir a desordem com a visão mais nítida de Webb, a Cefeida se destaca mais claramente, eliminando qualquer confusão potencial.

Webb foi usado para observar uma amostra de Cefeidas e confirmou a precisão das observações anteriores do Hubble que são fundamentais para medir com precisão a taxa de expansão e a idade do universo.

Nota: Essas descobertas foram publicadas na edição de 6 de fevereiro de 2024 do The Astrophysical Journal Letter O Telescópio Espacial Hubble está operando há mais de três décadas e continua a fazer descobertas inovadoras que moldam nossa compreensão fundamental do universo. O Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a NASA e a ESA. O Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland, gerencia o telescópio. Goddard também conduz operações de missão com a Lockheed Martin Space em Denver, Colorado. O Space Telescope Science Institute (STScI) em Baltimore, Maryland, conduz operações científicas do Hubble e do Webb para a NASA.

O Telescópio Espacial James Webb é o principal observatório de ciência espacial do mundo. Webb está resolvendo mistérios em nosso sistema solar, olhando além para mundos distantes ao redor de outras estrelas e sondando as misteriosas estruturas e origens do nosso universo e nosso lugar nele. Webb é um programa internacional liderado pela NASA com seus parceiros, ESA (Agência Espacial Europeia) e a Agência Espacial Canadense.

Fonte: Hubblesite.Org

1. Créditos - Imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI) https://hubblesite.org/contents/media/images/2024/108/01HQ6CGG5AFDVJSQRN9K1B85QJ?news=true

https://stsci-opo.org/STScI-01HQ6CN7CCP7X4DQCW7KTMWSZ6.png

2. Créditos de imagem: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)

https://hubblesite.org/contents/media/images/2024/108/01HR59NW6CNEDX4KJ2286Y3HDD?news=true

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