Na década de 1920, o debate acirrou-se entre os cientistas sobre o tamanho do Universo e a natureza das nebulosas. Alguns deles
O cientista calculou a distância até a nebulosaAndrômeda e mostrou que é maior que o tamanho da Via Láctea, o que significa que estamos falando de uma galáxia separada. E em 1929, o cientista publicou um artigo no qual, com base em observações de várias galáxias conhecidas, mostrou que elas estão se afastando da Terra em diferentes direções. A regra que estabelece a relação entre a distância de uma galáxia e sua velocidade radial é chamada de lei de Hubble ou lei de Hubble-Lemaitre.
O padre e astrofísico belga Georges Lemaitre chegou às mesmas conclusões dois anos antes de Hubble, mas seu artigo, publicado em francês e em uma revista impopular, passou despercebido.
O modelo cosmológico moderno é baseado emprincípio da expansão do universo. No entanto, métodos alternativos de observação dão valores diferentes para sua velocidade. Os cientistas continuam a desenvolver novas maneiras de finalmente acabar com esse problema. E depois disso, determine com precisão a idade, evolução e composição do universo.
Mapa da expansão do universo. Imagem: NASA, Equipe Científica WMAP
O universo está se expandindo?
Não há uma resposta exata para essa pergunta porqueé impossível sair do sistema e ver de fora como as coisas realmente acontecem. Mas a teoria do universo em expansão descreve melhor as observações.
Primeiro, a exploração espacial revelaredshift: descobriu-se que quanto mais distantes os objetos estão de nós, mais radiação deles é deslocada para a parte vermelha do espectro. Em seu artigo, Hubble mostrou a relação entre distância e redshift. Além disso, ele descobriu que a velocidade dos objetos que se afastam é proporcional à distância até eles. Essas observações são melhor correlacionadas com a expansão métrica (linear).
Em segundo lugar, observações cosmológicas em grande escalacom resolução profunda, eles descobriram que embora em escalas locais o Universo seja uma estrutura “protuberante” (as galáxias formam grupos separados por vazios), em grandes distâncias ele é homogêneo.
Em terceiro lugar, a homogeneidade do espaço, causada pela expansão do Universo em todas as direções, confirma a homogeneidade da distribuição de explosões de raios gama distantes e explosões de supernovas.
E, finalmente, as observações do Espaço Europeuobservatórios mostram que o CMB era muito mais quente em épocas anteriores. O resfriamento uniforme gradual dos traços do Big Bang também é consistente com a teoria de um universo em expansão uniforme.
Como a constante de Hubble é medida?
O valor da constante que definea relação entre a velocidade de movimento das galáxias e a distância até elas é estimada medindo o desvio para o vermelho de galáxias distantes e, em seguida, determinando as distâncias até elas por algum outro método diferente da lei de Hubble.
As primeiras medições da constante foram realizadas pelo próprio EdwinHubble. Observando a Nebulosa de Andrômeda usando o telescópio de 100 polegadas (254 cm) do Observatório Mount Wilson, o cientista identificou estrelas brilhantes individuais em sua composição. Entre eles estavam as Cefeidas. Esta é uma classe de variáveis pulsantes de gigantes e supergigantes amarelas, para as quais a relação entre o período de pulsação e a luminosidade é bem estudada.
Ao medir ambos os parâmetros, o cientista calculoua distância a estas estrelas, bem como o desvio para o vermelho das galáxias, o que permite determinar a sua velocidade radial. O coeficiente de proporcionalidade obtido pelo Hubble foi de cerca de 500 km/s por megaparsec (Mpc). Isso significa que objetos localizados a uma distância de cerca de 3,26 milhões de anos-luz (1 Mpc) da Terra devem se afastar de nós a uma velocidade de 500 km/s, 32,6 milhões de anos-luz - 5.000 km/s e assim por diante.
Uma imagem da galáxia de Andrômeda em que EdwinO Hubble observou a estrela variável descoberta (à esquerda) e sua imagem detalhada do Hubble (à direita). Imagem à esquerda: Observatórios Carnegie. Imagem à direita: NASA, ESA, Hubble Heritage Team (STScI/AURA)
O valor obtido pelo Hubble é significativodifere das observações modernas. Isso se deve ao fato de o cientista não conhecer as leis descobertas posteriormente que afetam a dependência do período e da luminosidade das Cefeidas, bem como a influência da própria velocidade do grupo local de galáxias.
As observações modernas dãoresultados. Medidas do Universo tardio semelhantes às feitas pelo Hubble, mas com novos dados e instrumentos mais poderosos (incluindo um telescópio espacial com o nome do cientista), prevêem uma constante cosmológica de 73 ± 1 km/s por Mpc. E os dados obtidos no estudo da radiação cósmica de fundo em micro-ondas do Universo primitivo são 67,4 ± 0,5 (km/s)/Mpc.
Esquema para medir uma constante usando o telescópio Hubble. Imagem: NASA, ESA, A. Feild (STScI) e A. Riess (STScI/JHU)
Existem alternativas?
Em artigo publicado em agosto na revistaPhysical Review Letters, cientistas da Universidade de Chicago propõem o uso de ondas gravitacionais geradas quando buracos negros colidem para medir a taxa de expansão do universo.
Um efeito semelhante ao redshift ocorredurante a propagação das ondas gravitacionais. Colisão de buracos negros supermassivos, um evento poderoso. Causa ondas gravitacionais no espaço-tempo que se espalham como ondulações na água de uma pedra caída.
Esta "ondulação" é medida na Terra pelo americanoobservatório de ondas gravitacionais interferométricas a laser (LIGO) e o observatório italiano Virgo. Por vários anos, ambos os observatórios coletaram dados sobre a colisão de mais de 100 pares de buracos negros.
O sinal de cada colisão contéminformações sobre quão massivos eram os buracos negros. Mas devido à expansão do universo, é distorcido. Como resultado, um buraco negro mais distante começa a parecer mais massivo.
Cientistas propõem usar dados acumuladossobre buracos negros para “calibrar” o dispositivo. Por exemplo, as evidências atuais sugerem que a maioria dos buracos negros descobertos tem uma massa entre 5 e 40 vezes a massa do nosso Sol.
Os pesquisadores acreditam que se você medir as massaspares de buracos negros colidindo mais próximos de nós, e então gradualmente avançando, então em um grande número de exemplos é possível estabelecer o quanto as massas “observadas” dos buracos negros mudam à medida que a distância aumenta. É esse valor que determinará a taxa de expansão do universo.
Uma ilustração da fusão de dois buracos negros. Imagem: Projeto Simulando eXtreme Spacetimes (SXS), Universidade de Chicago
A desvantagem dos métodos mais modernosobservação da expansão do espaço é que as causas individuais que distorcem o resultado obtido podem ainda não ser conhecidas. Hubble não conhecia todos os fatores que afetam a relação entre luminosidade e periodicidade de pulsação nas cefeidas, então suas medições continham erros. Além disso, as ideias modernas sobre o Universo, a matéria e a propagação de ondas eletromagnéticas podem estar incompletas.
Ao contrário das observações cosmológicas, o métodoproposto por cientistas de Chicago, usa apenas a teoria da gravidade, que é muito melhor compreendida. Então, havia uma chance de acabar com a questão da taxa de expansão do universo.
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