Determinando a Idade do Universo. Ou não.

O artigo abaixo foi enviado ao blog pelo Professor Domingos S. L Soares da UFMG. Trata de um dos assuntos mais interessantes da ciência atual, a determinação da constante de Hubble, que, no Modelo Padrão, está relacionada à idade do universo.

Cosmologia: Determinação mais precisa da Constante de Hubble.

04 de outubro de 2012

Como disse em outro local:

“A única certeza que temos sobre o universo é a de que ele é muito velho e muito grande. Muito velho: mais do que 10 bilhôes de anos; muito grande: mais do que 10 bilhôes de anos-luz.”

Mas a pesquisa em cosmologia, a ciência do universo, continua. A notícia que recebi ontem da NASA, através de seu boletim diário, revela um resultado experimental muito interessante para esta ciência. A nota tem o título “NASA Observatory Measures Expansion of Universe”.

A notícia começa assim:

PASADENA, Calif. — Astronomers using NASA’s Spitzer Space Telescope have announced the most precise measurement yet of the Hubble constant, or the rate at which our universe is stretching apart. (Astônomos, utilizando o telescópio espacial Spitzer da NASA, anunciaram a medida mais precisa até hoje da constante de Hubble, isto é, do ritmo com que o universo está expandindo.)

Trata-se portanto de mais uma determinação da constante de Hubble.

O Observatório é a sonda Spitzer que observa no infravermelho. A equipe de pesquisadores, liderada pela astrônoma norte-americana Wendy Freedman, é a mesma que em 2001 apresentou os resultados de uma medida — a mais precisa na época — da constante de Hubble. Naquela ocasião eles usaram o Telescópio Espacial Hubble na faixa de comprimentos de onda do óptico (visível).

O que eles fizeram em ambos os casos? Eles obtiveram uma calibração bastante precisa — agora, melhor do que em 2001 — da relação período-luminosidade (RP-L) das estrelas variáveis Cefeidas. A RP-L das Cefeidas permite obter-se a luminosidade absoluta da estrela simplesmente medindo-se o período de variabilidade, o que é uma medida relativamente simples. Assim, tem-se uma maneira de se medir a distância até uma galáxia qualquer: basta identificar uma variável Cefeida nesta galáxia, medir o seu período de variabilidade, e usar a calibração da RP-L para obter a luminosidade absoluta da estrela.

Como medir a distância? Ora, é sabido que o brilho de uma fonte parece ser tanto menor quanto maior é a distância a que ela se encontra do observador. Existe uma lei muito simples: a luminosidade aparente é inversamente proporcional ao quadrado da distância da fonte. Quer dizer, se conhecermos a luminosidade absoluta de uma fonte luminosa, e medirmos a sua luminosidade a uma distância desconhecida, podemos, com uma simples operação matemática, calcular a distância da fonte.

Eles mediram 10 variáveis na Via Láctea e 80 na Grande Nuvem de Magalhães, que é uma galáxia-anã satélite de nossa galáxia — a propósito, ela está muito bonita em nossos céus atualmente e é muito fácil de ser vista a olho nu. A vantagem de se usar o infravermelho é que a poeira interestelar não enfraquece o brilho infravermelho das estrelas, nos comprimentos de onda utilizados. Com as novas medidas de período e luminosidade absoluta, eles obtiveram uma recalibração muito precisa da RP-L. E assim as distâncias das galáxias usadas na determinação da constante de Hubble foram muito mais precisas do que as usadas na determinação anterior.

Em 2001, Wendy Freedman e seus colaboradores obtiveram para H_o, a constante de Hubble:

H_o = 72 ± 10% km/s Mpc^-1

E agora, obtiveram:

H_o = 74,3 ± 3% km/s Mpc^-1 No Modelo Padrão da Cosmologia (MPC), a constante de Hubble está relacionada de forma fundamental à idade do modelo (do universo). Em meu artigo A idade do universo, a constante de Hubble e a expansão acelerada, discuto resumidamente como estes três conceitos estão relacionados. Lá, um modelo simples de expansão acelerada mostra que com o novo valor de H_o, a idade do universo t_o diminui para

t_o = 12,7 Gano (10⁹ ano) Este valor é ligeiramente inferior às idades das estrelas mais velhas da Via Láctea (≈ 14 bilhões de anos), o que é uma inconsistência teórica, já que o universo não pode ser mais novo do que as estrelas que o constituem. Mas os teóricos do MPC certamente encontrarão uma saída. A mais simples, como podemos ver no artigo mencionado acima, é um valor maior para a densidade da energia escura.

Vamos aguardar os acontecimentos. E para terminar devo lembrar que o erro de 3% mencionado acima é um erro interno, quer dizer, relacionado à consistência interna do método utilizado. Existe um erro externo, relacionado ao questionamento da metodologia utilizada. Alguns astrônomos, especialmente Halton Arp e o grupo ligado a Allan Sandage (1926-2010) advogam valores de H_o na faixa de 60 ou menos.

Mais uma palavra final: H_o é uma grandeza puramente observacional, com interpretações teóricas variadas. No MPC, ela está relacionada, como dito no texto da NASA, à taxa de expansão do universo. Vejam a este respeito o meu artigo intitulado O efeito Hubble.

Os interessados podem ler o boletim da NASA aqui.
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Domingos Sávio de Lima Soares
http://www.fisica.ufmg.br/~dsoares/
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