Representação artística de duas estrelas de nêutrons que se fundem e liberam ondas gravitacionais.
(Imagem: © R. Hurt / Caltech-JPL)
Analisando ondulações no tecido do espaço e do tempo criado por pares de estrelas mortas em breve poderá resolver um mistério cósmico em torno da rapidez com que o universo está se expandindo - se os cientistas tiverem sorte.
Esse é o veredicto de um novo estudo, que também pode lançar luz sobre o destino final do universo, disseram os pesquisadores que trabalharam nele.
O cosmos continua se expandindo desde o nascimento, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás. Medindo a taxa atual de expansão do universo, conhecida como Constante de Hubble, os cientistas podem deduzir a idade do cosmos e os detalhes de seu estado atual. Eles podem até usar o número para tentar aprender o destino do universo, como se ele se expandirá para sempre, entrará em colapso ou se romperá completamente.
Os cientistas usam dois métodos principais para medir a constante do Hubble. Um envolve monitorar objetos próximos cujas propriedades os cientistas entendem bem, como explosões estelares conhecidas como supernovas e estrelas pulsantes conhecidas como Variáveis cefeidas, para estimar suas distâncias e deduzir a taxa de expansão do universo. O outro enfoca o fundo cósmico de microondas, a radiação restante do Big Bang e examina como ela mudou ao longo do tempo para calcular a rapidez com que o cosmos se expandiu.
No entanto, este par de técnicas produziu dois resultados diferentes para o valor da constante Hubble. Dados do fundo cósmico de microondas sugerem que o universo está atualmente se expandindo a uma taxa de cerca de 41,6 milhas (67 quilômetros) por segundo por 3,26 milhões de anos-luz, enquanto dados de supernovas e cefeidas no universo próximo sugerem uma taxa de cerca de 45,3 milhas ( 73 km) por segundo por 3,26 milhões de anos-luz.
Essa discrepância sugere que o modelo cosmológico padrão - a compreensão dos cientistas sobre a estrutura e a história do universo - pode estar errado. Resolvendo esse debate, conhecido como Conflito constante do Hubble, poderia lançar luz sobre a evolução e o destino final do cosmos.
No novo estudo, os físicos sugerem que dados futuros das ondulações no tecido do espaço e do tempo conhecidos como ondas gravitacionais podem ajudar a quebrar esse impasse. "O conflito constante do Hubble - a maior dica que temos de que nosso modelo do universo está incompleto - pode ser resolvido em cinco a 10 anos", disse o autor principal do estudo, Stephen Feeney, astrofísico do Instituto Flatiron em Nova York, ao Space.com.
De acordo com Einstein teoria da relatividade geral, a gravidade resulta de como a massa distorce o espaço-tempo. Quando qualquer objeto com massa se move, deve produzir ondas gravitacionais que se fecham à velocidade da luz, esticando e apertando o espaço-tempo ao longo do caminho.
As ondas gravitacionais são extraordinariamente fracas, e foi apenas em 2016 que os cientistas detectaram a primeira evidência direta delas. Em 2017, os cientistas também detectaram ondas gravitacionais de estrelas de nêutrons em colisão, remanescentes de estrelas que morreram em explosões catastróficas conhecidas como supernovas. Se os restos de uma estrela não forem suficientemente grandes para colapsar e se transformarem em buracos negros, eles acabarão sendo uma estrela de nêutrons, assim chamada porque sua atração gravitacional é forte o suficiente para esmagar prótons e elétrons para formar nêutrons.
Ao contrário dos buracos negros, as estrelas de nêutrons emitem luz visível, assim como suas colisões. As ondas gravitacionais dessas fusões, chamadas de "sirenes padrão", ajudarão os cientistas a identificar sua distância da Terra, enquanto a luz dessas colisões ajudará a determinar a velocidade com que eles estavam se movendo em relação à Terra. Os pesquisadores podem então usar esses dois conjuntos de dados para calcular a constante do Hubble. De acordo com Feeney e seus colegas, a análise de falhas entre cerca de 50 pares de estrelas de nêutrons nos próximos cinco a 10 anos pode render dados suficientes para determinar a melhor medida ainda da constante Hubble.
No entanto, essa estimativa depende da frequência com que colisões entre estrelas de nêutrons ocorrem. "Existe uma incerteza considerável na taxa de fusão de estrelas de nêutrons - afinal, vimos apenas um até o momento ", disse Feeney." Se tivéssemos muita sorte em vê-lo, e as fusões são realmente muito mais raras do que pensamos, observamos o número de fusões necessárias para explicar a constante do Hubble o conflito pode demorar mais do que declaramos em nosso trabalho ".
As ondas gravitacionais podem acabar suportando um valor para a constante do Hubble em relação ao outro, mas também podem determinar um novo terceiro valor para a constante do Hubble, disse Feeney. Se isso acontecer, poderá levar a novos insights sobre o comportamento de supernovas, cefeidas ou estrelas de nêutrons, acrescentou.
Os cientistas detalham suas descobertas on-line em 14 de fevereiro na revista Physical Review Letters.
