Medir a constante de Hubble, a taxa na qual o universo está se expandindo, é uma área ativa de pesquisa entre astrônomos ao redor do mundo que analisam dados de observatórios terrestres e espaciais. O Telescópio Espacial James Webb da NASA já contribuiu para essa discussão em andamento. No início deste ano , astrônomos usaram dados do Webb contendo variáveis Cefeidas e supernovas Tipo Ia, marcadores de distância confiáveis para medir a taxa de expansão do universo, para confirmar as medições anteriores do Telescópio Espacial Hubble da NASA.

Agora, os pesquisadores estão usando um método independente de medição para melhorar ainda mais a precisão da constante de Hubble — supernovas com lentes gravitacionais. Brenda Frye, da Universidade do Arizona, junto com uma equipe de muitos pesquisadores de diferentes instituições ao redor do mundo, está liderando esse esforço após a descoberta de Webb de três pontos de luz na direção de um aglomerado distante e densamente povoado de galáxias. O Space Telescope Science Institute convidou recentemente o Dr. Frye para nos contar mais sobre o que a equipe apelidou de Supernova H0pe e como os efeitos de lentes gravitacionais estão fornecendo insights sobre a constante de Hubble.

"Tudo começou com uma pergunta da equipe: 'O que são esses três pontos que não estavam lá antes? Poderia ser uma supernova?'", ela disse. "Os pontos de luz, não visíveis nas imagens do Hubble de 2015 do mesmo aglomerado, eram óbvios quando as imagens do PLCK G165.7+67.0 chegaram à Terra do programa Guaranteed Time Observations of the Prime Extragalactic Areas for Reionization and Lensing Science (PEARLS) 'Clusters' do Webb. A equipe observa que a pergunta foi a primeira a surgir na mente por um bom motivo: 'O campo de G165 foi selecionado para este programa devido à sua alta taxa de formação de estrelas de mais de 300 massas solares por ano, um atributo que se correlaciona com maiores taxas de supernovas.'

"Análises iniciais confirmaram que esses pontos correspondiam a uma estrela explodindo, uma com qualidades raras. Primeiro, é uma supernova Tipo Ia, uma explosão de uma estrela anã branca. Esse tipo de supernova é geralmente chamado de 'vela padrão', o que significa que a supernova tinha um brilho intrínseco conhecido. Segundo, é gravitacionalmente lenteada.

"A lente gravitacional é importante para este experimento. A lente, que consiste em um aglomerado de galáxias que está situado entre a supernova e nós, curva a luz da supernova em múltiplas imagens. Isso é semelhante a como um espelho de vaidade triplo apresenta três imagens diferentes de uma pessoa sentada na frente dele. Na imagem de Webb, isso foi demonstrado bem diante de nossos olhos, pois a imagem do meio foi invertida em relação às outras duas imagens, um efeito de "lente" previsto pela teoria.

"Para obter três imagens, a luz viajou por três caminhos diferentes. Como cada caminho tinha um comprimento diferente, e a luz viajava na mesma velocidade, a supernova foi fotografada nesta observação de Webb em três momentos diferentes durante sua explosão. Na analogia do espelho triplo, ocorreu um atraso de tempo no qual o espelho da direita retratou uma pessoa levantando um pente, o espelho da esquerda mostrou o cabelo sendo penteado, e o espelho do meio exibiu a pessoa colocando o pente para baixo.

"Imagens de supernovas triplas são especiais: os atrasos de tempo, a distância da supernova e as propriedades de lentes gravitacionais produzem um valor para a constante de Hubble ou H0 (pronuncia-se H-nada). A supernova foi chamada de SN H0pe, pois dá aos astrônomos a esperança de entender melhor a taxa de expansão variável do universo.

"Em um esforço para explorar SN H0pe mais a fundo, a equipe PEARLS-Clusters escreveu uma proposta de Webb Director's Discretionary Time (DDT) que foi avaliada por especialistas em ciência em uma revisão duplamente anônima e recomendada pelo Webb Science Policies Group para observações de DDT. Em paralelo, dados foram adquiridos no MMT, um telescópio de 6,5 metros no Monte Hopkins e no Large Binocular Telescope no Monte Graham, ambos no Arizona. Ao analisar ambas as observações, nossa equipe foi capaz de confirmar que SN H0pe está ancorada em uma galáxia de fundo, bem atrás do aglomerado, que existiu 3,5 bilhões de anos após o big bang.

"SN H0pe é uma das supernovas Tipo Ia mais distantes observadas até o momento. Um membro diferente da equipe fez outra medição de atraso de tempo analisando a evolução de sua luz dispersa em suas cores constituintes ou 'espectro' de Webb, confirmando a natureza Tipo Ia de SN H0pe.

"Sete subgrupos contribuíram com modelos de lentes descrevendo a distribuição de matéria 2D do aglomerado de galáxias. Como a supernova Tipo Ia é uma vela padrão, cada modelo de lente foi 'classificado' por sua capacidade de prever os atrasos de tempo e os brilhos da supernova em relação aos valores medidos verdadeiros.

"Para evitar vieses, os resultados foram ocultados desses grupos independentes e revelados uns aos outros no dia e hora anunciados de uma 'desocultação ao vivo'. A equipe relata o valor da constante de Hubble como 75,4 quilômetros por segundo por megaparsec, mais 8,1 ou menos 5,5. [Um parsec é equivalente a 3,26 anos-luz de distância.] Esta é apenas a segunda medição da constante de Hubble por este método, e a primeira vez usando uma vela padrão. O principal pesquisador do programa PEARLS observou: 'Esta é uma das grandes descobertas de Webb, e está levando a uma melhor compreensão deste parâmetro fundamental do nosso universo.'

"Os resultados da nossa equipe são impactantes: o valor da constante de Hubble corresponde a outras medições no universo local e está um pouco em tensão com os valores obtidos quando o universo era jovem. As observações de Webb no Ciclo 3 melhorarão as incertezas, permitindo restrições mais sensíveis em H0."