O nome "energia escura" é apenas um espaço reservado para a força - seja ela qual for - que está causando a expansão do Universo. Novas observações de várias estrelas variáveis cefeidas pelo Telescópio Espacial Hubble refinaram a medição da taxa de expansão atual do Universo para uma precisão em que o erro é menor que cinco por cento. O novo valor para a taxa de expansão, conhecida como constante Hubble, ou H0 (depois de Edwin Hubble, que mediu a expansão do universo pela primeira vez há quase um século), é de 74,2 quilômetros por segundo por megaparsec (margem de erro de ± 3,6). Os resultados estão de acordo com uma medição anterior obtida do Hubble de 72 ± 8 km / s / megaparsec, mas agora são duas vezes mais precisas.
A medição do Hubble, conduzida pela equipe SHOES (Supernova H0 para a equação de estado) e liderada por Adam Riess, do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial e da Universidade Johns Hopkins, usa vários refinamentos para otimizar e fortalecer a construção de um sistema cósmico. "Escada de distância", com um bilhão de anos-luz de duração, que os astrônomos usam para determinar a taxa de expansão do universo.
Observações do Hubble das variáveis pulsantes da Cefeida em um marcador próximo de milha cósmica, a galáxia NGC 4258, e nas galáxias hospedeiras das supernovas recentes, vinculam diretamente esses indicadores de distância. O uso do Hubble para unir esses degraus na escada eliminou os erros sistemáticos que são quase inevitavelmente introduzidos pela comparação de medidas de diferentes telescópios.
Riess explica a nova técnica: "É como medir um prédio com uma fita métrica longa, em vez de mover uma vareta de quintal por uma extremidade. Você evita compor os pequenos erros que você comete toda vez que move o critério. Quanto mais alto o prédio, maior o erro. ”
Lucas Macri, professor de física e astronomia da Texas A&M e colaborador significativo dos resultados, disse: “As cefeidas são a espinha dorsal da escada de distância porque seus períodos de pulsação, que são facilmente observados, se correlacionam diretamente com suas luminosidades. Outro refinamento de nossa escada é o fato de termos observado as cefeidas nas partes infravermelhas próximas do espectro eletromagnético, onde essas estrelas variáveis são melhores indicadores de distância do que em comprimentos de onda ópticos. ”
Esse novo valor mais preciso da constante de Hubble foi usado para testar e restringir as propriedades da energia escura, a forma de energia que produz uma força repulsiva no espaço, o que está causando a aceleração da taxa de expansão do universo.
Ao agrupar a história da expansão do universo entre hoje e quando o universo tinha apenas 380.000 anos de idade, os astrônomos conseguiram colocar limites à natureza da energia escura que está causando a aceleração da expansão. (A medição para o universo distante e primitivo é derivada de flutuações no fundo cósmico de microondas, conforme resolvido pela Sonda de Anisotropia de Microondas Wilkinson da NASA, WMAP, em 2003.)
Seu resultado é consistente com a interpretação mais simples da energia escura: que é matematicamente equivalente à constante cosmológica hipotética de Albert Einstein, introduzida há um século para empurrar o tecido do espaço e impedir que o universo entre em colapso sob a força da gravidade. (Einstein, no entanto, removeu a constante uma vez que a expansão do universo foi descoberta por Edwin Hubble.)
"Se você colocar em uma caixa todas as maneiras pelas quais a energia escura possa diferir da constante cosmológica, essa caixa agora será três vezes menor", diz Riess. "Isso é progresso, mas ainda temos um longo caminho a percorrer para definir a natureza da energia escura".
Embora a constante cosmológica tenha sido concebida há muito tempo, as evidências observacionais de energia escura não surgiram até 11 anos atrás, quando dois estudos, um liderado por Riess e Brian Schmidt, do Observatório Mount Stromlo, e outro por Saul Perlmutter, de Lawrence Berkeley O National Laboratory, descobriu a energia escura de forma independente, em parte com as observações do Hubble. Desde então, os astrônomos vêm buscando observações para melhor caracterizar a energia escura.
A abordagem de Riess para restringir explicações alternativas para a energia escura - seja uma constante cosmológica estática ou um campo dinâmico (como a força repulsiva que levou a inflação após o big bang) - é para refinar ainda mais as medidas da história de expansão do universo.
Antes do lançamento do Hubble em 1990, as estimativas da constante do Hubble variavam em um fator de dois. No final dos anos 90, o Projeto Chave do Telescópio Espacial Hubble na Escala de Distância Extragalática refinou o valor da constante Hubble a um erro de apenas cerca de dez por cento. Isso foi realizado observando-se as variáveis cefeidas em comprimentos de onda ópticos a distâncias maiores que as obtidas anteriormente e comparando-as a medições similares de telescópios terrestres.
A equipe do SHOES usou a câmera infravermelha próxima do Hubble e o espectrômetro de múltiplos objetos (NICMOS) e a câmera avançada para pesquisas (ACS) para observar 240 estrelas variáveis cefeidas em sete galáxias. Uma dessas galáxias era a NGC 4258, cuja distância era determinada com muita precisão por meio de observações com radiotelescópios. As outras seis galáxias hospedaram recentemente supernovas tipo Ia que são indicadores confiáveis de distância para medições ainda mais distantes no universo. As supernovas do tipo Ia explodem com quase a mesma quantidade de energia e, portanto, têm quase o mesmo brilho intrínseco.
Observando Cefeidas com propriedades muito semelhantes em comprimentos de onda no infravermelho próximo em todas as sete galáxias, e usando o mesmo telescópio e instrumento, a equipe conseguiu calibrar com mais precisão a luminosidade das supernovas. Com as poderosas capacidades do Hubble, a equipe conseguiu contornar alguns dos degraus mais instáveis da escada de distância anterior, envolvendo incertezas no comportamento das cefeidas.
Riess finalmente gostaria de ver a constante Hubble refinada para um valor com um erro de não mais de um por cento, para restringir ainda mais as soluções de energia escura.
Fonte: Instituto de Ciências do Telescópio Espacial
