A taxa de expansão do universo, conhecida como constante de Hubble, é um dos parâmetros fundamentais para a compreensão da evolução e do destino final do cosmos. No entanto, uma diferença persistente chamada "Tensão de Hubble" é observada entre o valor da constante medida com uma ampla gama de indicadores de distância independentes e o seu valor previsto a partir do brilho posterior do big bang.

O Telescópio Espacial James Webb da NASA fornece novas capacidades para examinar e refinar algumas das evidências observacionais mais fortes desta tensão. O ganhador do Prêmio Nobel Adam Riess, da Universidade Johns Hopkins e do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, apresenta o trabalho recente dele e de seus colegas usando observações de Webb para melhorar a precisão das medições locais da constante de Hubble:

"Você já teve dificuldade para ver um sinal que estava no limite da sua visão? O que ele diz? O que significa? Mesmo com os telescópios mais poderosos, os 'sinais' que os astrônomos desejam ler parecem tão pequenos que nós também lutamos ."

"O sinal que os cosmólogos querem ler é um sinal de limite de velocidade cósmica que nos diz quão rápido o universo está se expandindo - um número chamado constante de Hubble. Nosso sinal está escrito nas estrelas de galáxias distantes. O brilho de certas estrelas nessas galáxias diz nos dizem a que distância elas estão e, portanto, por quanto tempo essa luz está viajando para chegar até nós, e os desvios para o vermelho das galáxias nos dizem o quanto o universo se expandiu durante esse tempo, informando-nos, portanto, a taxa de expansão . "

"Uma classe específica de estrelas, variáveis Cefeidas, nos deu as medições mais precisas de distância por mais de um século porque essas estrelas são extraordinariamente brilhantes: são estrelas supergigantes, cem mil vezes a luminosidade do Sol. Além do mais, elas pulsam (isto é, expandem e contraem de tamanho) durante um período de semanas que indica sua luminosidade relativa. Quanto mais longo o período, mais intrinsecamente mais brilhantes eles são. "

"Eles são a ferramenta padrão ouro para medir as distâncias de galáxias a cem milhões ou mais de anos-luz de distância, um passo crucial para determinar a constante de Hubble. Infelizmente, as estrelas nas galáxias estão aglomeradas em um pequeno espaço de nossa visão distante. ponto e por isso muitas vezes nos falta a resolução para separá-los de seus vizinhos na linha de visão."

"Uma grande justificativa para a construção do Telescópio Espacial Hubble foi resolver este problema. Antes do lançamento do Hubble em 1990 e das suas subsequentes medições Cefeidas, a taxa de expansão do universo era tão incerta que os astrónomos não tinham a certeza se o universo estava a expandir-se durante 10 mil milhões ou 20 bilhões de anos. Isso ocorre porque uma taxa de expansão mais rápida levará a uma idade mais jovem para o universo, e uma taxa de expansão mais lenta levará a uma idade mais avançada do universo."

"O Hubble tem melhor resolução de comprimento de onda visível do que qualquer telescópio terrestre porque fica acima dos efeitos de desfoque da atmosfera da Terra. Como resultado, ele pode identificar variáveis Cefeidas individuais em galáxias que estão a mais de cem milhões de anos-luz de distância e medir o intervalo de tempo durante o qual eles mudam seu brilho."

"No entanto, também devemos observar as Cefeidas na parte infravermelha próxima do espectro para ver a luz que passa ilesa pela poeira intermediária. (A poeira absorve e espalha a luz óptica azul, fazendo com que objetos distantes pareçam fracos e nos enganando, fazendo-nos acreditar que eles são mais longe do que eles estão)."

"Infelizmente, a visão da luz vermelha do Hubble não é tão nítida quanto a azul, então a luz da estrela Cefeida que vemos lá está misturada com outras estrelas em seu campo de visão. Podemos contabilizar a quantidade média de mistura, estatisticamente, da mesma forma que um o médico calcula o seu peso subtraindo o peso médio das roupas da leitura da balança, mas isso adiciona ruído às medidas. As roupas de algumas pessoas são mais pesadas do que outras.

"No entanto, a visão infravermelha nítida é um dos superpoderes do Telescópio Espacial James Webb. Com seu grande espelho e óptica sensível, ele pode separar facilmente a luz Cefeida das estrelas vizinhas com pouca mistura. No primeiro ano de operações de Webb com nosso programa de Observadores Gerais Em 1685, coletamos observações de Cefeidas encontradas pelo Hubble em dois degraus ao longo do que é conhecido como escada de distância cósmica."

"O primeiro passo envolve observar Cefeidas em uma galáxia com uma distância geométrica conhecida que nos permite calibrar a verdadeira luminosidade das Cefeidas. Para o nosso programa, essa galáxia é NGC 4258. O segundo passo é observar Cefeidas nas galáxias hospedeiras do tipo recente Sou uma supernova."

"A combinação das duas primeiras etapas transfere o conhecimento da distância até as supernovas para calibrar suas verdadeiras luminosidades. A terceira etapa é observar as supernovas distantes, onde a expansão do universo é aparente e pode ser medida comparando as distâncias inferidas de suas brilho e os desvios para o vermelho das galáxias hospedeiras da supernova. Esta sequência de etapas é conhecida como escada de distância."

"Recentemente, obtivemos nossas primeiras medições de Webb nas etapas um e dois, o que nos permite completar a escada de distância e comparar com as medições anteriores com as medições do Hubble. As medições de Webb reduziram drasticamente o ruído nas medições de Cefeidas devido à resolução do observatório em comprimentos de onda do infravermelho próximo. ."

"Esse tipo de melhoria é o que os astrônomos sonham! Observamos mais de 320 Cefeidas nas duas primeiras etapas. Confirmamos que as medições anteriores do Telescópio Espacial Hubble eram precisas, embora mais barulhentas. Também observamos mais quatro hospedeiros de supernovas com Webb e vemos um resultado semelhante para toda a amostra."

"O que os resultados ainda não explicam é porque é que o Universo parece estar a expandir-se tão rapidamente! Podemos prever a taxa de expansão do Universo observando a sua imagem de bebé, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, e depois empregando o nosso melhor modelo de como ele cresce." ao longo do tempo para nos dizer quão rápido o universo deveria estar se expandindo hoje."

"O fato de a actual medida da taxa de expansão exceder significativamente a previsão é um problema que já dura uma década chamado 'A Tensão de Hubble'. A possibilidade mais excitante é que a Tensão seja uma pista sobre algo que nos falta na nossa compreensão do cosmos."

"Isso pode indicar a presença de energia escura exótica, matéria escura exótica, uma revisão em nossa compreensão da gravidade ou a presença de uma partícula ou campo único. A explicação mais mundana seria vários erros de medição conspirando na mesma direção (os astrônomos têm descartou um único erro usando etapas independentes), por isso é tão importante refazer as medições com maior fidelidade."

"Com Webb confirmando as medições do Hubble, as medições de Webb fornecem a evidência mais forte até agora de que erros sistemáticos na fotometria Cefeida de Hubble não desempenham um papel significativo na atual Tensão de Hubble. Como resultado, as possibilidades mais interessantes permanecem na mesa e o o mistério da tensão se aprofunda."

Esta postagem destaca dados de um artigo aceito pelo The Astrophysical Journal .