Mar 26

Técnica baseada nas lentes gravitacionais confirma a idade do Universo

IMAGEM: Sistema B1608+656 através de lentes gravitacionais. Crédito: Sherry Suyu (Argelander Institut für Astronomie, Bonn, Alemanha).

Usando galáxias inteiras e aglomerados galácticos como lentes para a observação de outras galáxias, os pesquisadores têm uma nova maneira e precisa para medir o tamanho e a idade do Universo e como ele se expande rapidamente, junto com as demais técnicas independentes. Estas medidas determinam um valor para a constante de Hubble, que indica o tamanho do Cosmos e confirma a idade do Universo avaliada em 13,75 bilhões de anos, com uma margem de erro de 170 milhões de anos. Os resultados também confirmam a força da energia escura, responsável pela aceleração da expansão do Universo.

Os pesquisadores do Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas e Cosmologia (KIPAC) no SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia dos Estados Unidos e da Universidade de Stanford, a Universidade de Bonn e outras instituições dos Estados Unidos e Alemanha, publicaram os resultados da pesquisa na edição de 1 de março do The Astrophysical Journal. Os pesquisadores usaram os dados coletados pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e mostraram maior precisão proporcionada pela combinação com os dados da sonda Wilkinson Anisotrópica de Microondas (WMAP).

A equipe usou a técnica das lentes gravitacionais para medir a distância percorrida pela luz de uma galáxia brilhante ativa até a Terra ao longo de vários caminhos. Conhecendo o tempo necessário para percorrer cada caminho e as velocidades reais envolvidas, os cientistas puderam deduzir não só o quão longe estão as galáxias, mas também a escala global do Universo e alguns detalhes de sua expansão.

Muitas vezes é difícil para os cientistas a distinguir entre uma luz distante muito brilhante e uma fonte fraca perto de nós. As lentes gravitacionais resolvem este problema, fornecendo pistas múltiplas sobre a distância que a luz percorre. Esta informação extra lhes permite determinar o tamanho do Universo, que os astrofísicos freqüentemente expressam em termos de uma quantidade chamada constante de Hubble.

“Há muito tempo nós sabemos que as lentes são capazes de fazer medidas físicas da constante de Hubble“, disse Phil Marshall do KIPAC. No entanto, lentes gravitacionais nunca foram usadas de maneira tão precisa, até agora. Estas novas medições proporcionam uma medição tão precisa da constante de Hubble quanto as bem estabelecidas pelas outras ferramentas como as supernovas padrão a análise da radiação de fundo de microondas cósmico (CMB).” O uso das lentes gravitacionais amadureceu como um instrumento competitivo disponível dentro da caixa de ferramentas dos astrofísicos”, disse Marshall.

As lentes gravitacionais duplicam ou quadruplicam a fonte luminosa

Quando um massivo objeto mais próximo, como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias, bloqueia a luz de um objeto distante, como outra galáxia, a luz pode ignorar o bloqueio. Mas em vez de tomar um caminho, a luz pode ser curvar-se em torno do objeto em uma ou duas, ou quatro rotas diferentes, duplicando ou quadruplicando a quantidade de informações recebidas pelos cientistas. Quando o brilho do núcleo da galáxia de fundo flutua, os físicos podem medir as ascensões e quedas da luz dos quatro caminhos distintos, como é o observado no sistema B1608+656, que foi objeto deste estudo. A autora principal, Sherry Suyu da Universidade de Bonn, disse: “Em nosso caso, havia quatro cópias da fonte, que aparece como um anel de luz ao redor da lente gravitacional”. Na imagem acima, marcados com A, B, C e D estão as quatro réplicas do sistema B1608+656. Marcados como G1 e G2 estão galáxias contidas dentro do aglomerado que atua como lente gravitacional.

Embora os cientistas não saibam exatamente quando a luz deixou a sua fonte, eles podem comparar seus tempos de chegada. Marshall compara o caso das quatro cópias da fonte luminosa a um cenário com quatro carros tomando caminhos diferentes entre os lados opostos de uma grande cidade. Algo como ir da Universidade de Stanford até o Observatório Lick, através ou em torno da cidade de San Jose. Assim, fazendo uma analogia, da mesma forma que os carros podem encontrar problemas de tráfego, a luz pode também sofrer alguns retardamentos.

“A densidade de tráfego em uma cidade grande é como a densidade de massa em uma galáxia-lente”, disse Marshall. “Se você tomar uma rota mais longa, não necessariamente chegará mais tarde. Às vezes, as distâncias curtas são na realidade as mais lentas.”

Os modelos de lentes gravitacionais levam em conta as diversas variáveis, tais como a distância e a densidade e fornecer uma idéia mais precisa de quando a luz saiu da galáxia de fundo e o quanto a luz viajou.

O aprimoramento da técnica permite refinar a constante de Hubble

No passado, este método de estimativa de distância apresentava erros e imperfeições, mas os físicos acreditam que agora foi aprimorado e é comparável a outros métodos de medição. Através desta técnica, os cientistas obtiveram um valor mais apurado, baseado nas medidas via lentes gravitacionais para a constante de Hubble, além de uma melhor estimativa sobre incerteza desta constante. Ao reduzir e compreender a extensão do erro nos cálculos os cientistas podem conseguir obter melhores estimativas da estrutura das lentes e das dimensões do Universo.

Há vários fatores que os cientistas ainda têm de levar em conta para determinar as distâncias através das lentes gravitacionais. Por exemplo, a poeira cósmica pode distorcer os resultados. O Telescópio Espacial Hubble possui filtros infravermelhos que são úteis para eliminar os efeitos da poeira cósmica. As imagens também contêm informações sobre o número de galáxias que estão ao redor da linha de visão, elas contribuem com um nível que deve ser levado em conta para os cálculos dos efeito da lente gravitacional.

Marshall disse que há vários grupos trabalhando para estender essa pesquisa, tanto buscando encontrar novos sistemas de lentes, como reexaminando lentes conhecidas. Há mais de vinte outros sistemas astronômicos conhecidos que são adequados para apurar as técnicas de uso das lentes gravitacionais e que serão alvo de novas pesquisas.

Veja outras formas independentes de como se calcular a Idade do Universo em “Qual é a idade do Universo? Como calcular isso?“

Fontes

Referências

Multimídia

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Ricardo Orsini de Castro Amarante [ROCA]

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