Determinar a velocidade com que o universo se expande é uma das questões centrais da cosmologia moderna. Esse valor é descrito pela chamada constante de Hubble, um número que permite estimar a idade do universo, reconstruir sua história e testar teorias sobre matéria escura e energia escura. O problema é que as medições atuais não concordam entre si. Essa discrepância, conhecida como tensão de Hubble, tornou-se um dos maiores mistérios da física contemporânea. Agora, um novo estudo propõe usar ondas gravitacionais como uma ferramenta inédita para investigar essa diferença.
A tensão de Hubble: um desacordo sobre a expansão do cosmos
A constante de Hubble, geralmente representada como H₀, descreve o ritmo de expansão do universo. Em termos simples, ela indica quanto as distâncias entre galáxias aumentam para cada megaparsec de separação.
As medições mais precisas atualmente vêm de dois métodos principais. O primeiro analisa o universo primordial, especialmente a radiação remanescente do Big Bang, conhecida como fundo cósmico de micro-ondas. Esse sinal foi mapeado com grande precisão pelo satélite Planck.
Já o segundo método utiliza observações do universo relativamente próximo, como supernovas do tipo Ia, que funcionam como “velas padrão” para medir distâncias cósmicas.
Em teoria, ambos os métodos deveriam chegar ao mesmo resultado. Mas não é isso que acontece. As medições baseadas no universo primordial indicam valores em torno de 67 a 68 quilômetros por segundo por megaparsec, enquanto observações do universo mais recente apontam para 72 a 74 km/s/Mpc.
A diferença parece pequena, mas ultrapassa as margens de erro estatístico e persiste mesmo com técnicas cada vez mais refinadas. Para alguns cientistas, isso pode indicar que algo ainda desconhecido está influenciando a evolução do universo.
Ondas gravitacionais como novas ferramentas da cosmologia
Nos últimos anos, a astronomia ganhou um novo instrumento para investigar o cosmos: as ondas gravitacionais. Essas ondulações no espaço-tempo são produzidas por eventos extremamente energéticos, como a colisão entre buracos negros ou estrelas de nêutrons.
Desde 2015, detectores como o LIGO, o Virgo Collaboration e o KAGRA registraram dezenas dessas fusões cósmicas.
Esses eventos oferecem uma vantagem única: a intensidade da onda gravitacional permite medir diretamente a distância até a fonte. Por isso, os cientistas chamam essas medições de “sirenas padrão”, em analogia às “velas padrão” usadas na astronomia tradicional.
Se os astrônomos conseguem identificar também a galáxia onde ocorreu a fusão — e medir seu desvio para o vermelho — torna-se possível calcular a constante de Hubble de forma totalmente independente.
O fundo de ondas gravitacionais: o “murmúrio” do universo
O novo estudo propõe ir além das fusões detectadas individualmente. Em vez disso, os pesquisadores sugerem explorar o chamado fundo de ondas gravitacionais.
Esse fundo pode ser imaginado como um ruído cósmico produzido pela soma de milhões de fusões de buracos negros ao longo da história do universo. A maioria dessas colisões é distante demais ou fraca demais para ser detectada individualmente, mas juntas elas criam um sinal estatístico mensurável.
Os autores chamam essa abordagem de “sirena estocástica”.
A ideia é que a intensidade desse fundo gravitacional depende diretamente de quantas fusões ocorreram no universo e de como o espaço se expandiu ao longo do tempo.
Como esse método pode medir a expansão do universo
O princípio por trás da técnica é relativamente simples. Se a constante de Hubble for menor, o universo teria volumes maiores para um mesmo desvio para o vermelho.
Isso significaria que mais fusões de buracos negros ocorreriam dentro do volume observável, aumentando a intensidade esperada do fundo gravitacional.
Por outro lado, se os detectores não observarem um fundo gravitacional tão intenso quanto o previsto para certos valores de H₀, esses valores podem ser descartados.
Em outras palavras, até mesmo a ausência de detecção contém informação cosmológica.
Ao combinar dados de fusões individuais com limites atuais sobre o fundo gravitacional, os cientistas podem refinar as estimativas da constante de Hubble.
Resultados iniciais e o futuro da técnica
Para testar a ideia, os pesquisadores analisaram dados das três primeiras campanhas de observação realizadas pelos detectores LIGO, Virgo Collaboration e KAGRA.
Até agora, o fundo gravitacional ainda não foi detectado diretamente, mas já existem limites superiores para sua intensidade. Mesmo assim, ao incorporar essas restrições no modelo, os cientistas conseguiram melhorar a precisão da estimativa da constante de Hubble em comparação com métodos baseados apenas em fusões individuais.
O método ainda não resolve a tensão de Hubble, mas demonstra que as ondas gravitacionais podem se tornar uma nova ferramenta poderosa para a cosmologia.
À medida que os detectores aumentarem sua sensibilidade nos próximos anos, a expectativa é que o fundo gravitacional seja finalmente observado. Quando isso acontecer, a técnica da “sirena estocástica” poderá oferecer uma nova forma independente de medir a expansão do universo — e talvez ajudar a esclarecer um dos maiores enigmas da física moderna.
[ Fonte: Muy Interesante ]
