Astrônomos do Sloan Digital Sky Survey fazem a medida mais precisa da expansão do Universo jovem.

Usando cerca de 140.000 quasares distantes, um grupo de astrônomos do Sloan Digital Sky Survey, incluindo cientista do Observatório Nacional/LIneA, mediram a taxa de expansão do Universo quando este tinha um quarto da sua idade atual. Esta é a medida mais precisa da taxa de expansão nos últimos 13 mil milhões de anos.

O Baryon Oscillation Spectroscopic Survey (BOSS), o maior levantamento de objetos do terceiro Sloan Digital Sky Survey (SDSS-III), é pioneiro na técnica de medir a estrutura do Universo usando quasares para cartografar a distribuição do hidrogênio intergaláctico. Novas observações do BOSS desta estrutura foram apresentadas à comunidade científica na reunião anual da Sociedade Americana de Física (APS, sua sigla em inglês) na cidade americana de Savannah, no estado de Georgia.

Estes últimos resultados combinam dois métodos diferentes usando quasars e gás intergaláctico para medir a expansão do Universo. A primeira análise, por Andreu Font-Ribera (Lawrence Berkeley National Laboratory) e colaboradores, compara a distribuição de quasares à distribuição do hidrogênio para medir distâncias no Universo. Uma segunda análise, liderado por Timothée Delubac (École Polytechnique Fédédale de Lausanne, Suíça), Julian Bautista (Laboratoire APC, França) e Nicolás Busca (Observatório Nacional/LIneA) concentrou-se nos padrões no próprio hidrogênio para medir a distribuição de massa no Universo jovem. Juntos, ambas análises estabelecerem que há 11 mil milhões de anos, o Universo se expandia de um porcento a cada 44 milhões de anos.

“Se olharmos o Universo quando a distância entre as galáxias era um terço da distância atual, veríamos que um par de galáxias separadas por um milhão de anos luz estaria se separando a uma velocidade de 68 quilômetros por segundo, em conjunto com a expansão do Universo”, diz Font-Ribera.

Nicolás Busca, do Observatório Nacional, um dos líderes do projeto, explica que foi posível medir a expansão do Universo jovem com uma precisão sem precedentes. A medida da taxa de expansão do Universo no curso da sua história é a chave para determinar a natureza da energia escura, a causa de aceleração na expansão do Universo nos últimos 6.000 milhões de anos. Ao “examinarmos” o Universo quando ele tinha só um quarto da sua idade atual, estabelecemos um ponto de comparação para as medidas mais próximo de onde a energia escura torna-se dominante e começa a produzir a expansão acelerada do Universo, diz Busca.

BOSS determina a taxa de expansão do Universo em um dado momento medindo o tamanho do horizonte das oscilações acústicas de bárions (OAB), uma escala impressa na maneira na qual a matéria está distribuída como resultado das ondas de pressão e densidade no universo primordial. Esta escala é visível na distribuição de galáxias, quasares e hidrogênio intergaláctico em todo o cosmos.

“Há três anos, BOSS usou 14.000 quasares para demostrar que era possível fazer os mais grandes mapas em três dimensões do Universo,” diz David Schlegel (Lawrence Berkeley National Laboratory), pesquisador principal de BOSS. “Há dois anos, com 48.000 quasares, detectamos pela primeira vez as oscilações de bárions nestes mapas. Agora, com cerca de 140.000 quasares, fizemos uma medida extremamente precisa das OABs”.

Na sua viagem partindo de um quasar distante até nós, a luz atravessa gás de hidrogênio distribuído no Universo. Nas nuvens de densidade mais alta o hidrogênio absorve mais luz e em um comprimento de onda característico. Com a expansão do Universo, o espectro do quasar se estica, e cada zona absorvente deixa sua marca em um comprimento de onda diferente. O espectro é finalmente observado na Terra e contém os vestígios de todas as nuvens encontradas pela luz do quasar. A partir dos espectros, os astrônomos podem então medir quanto o Universo expandiu a partir do momento no qual a luz atravessou cada nuvem.

Com um grande número de espectros de boa qualidade e suficientemente próximos uns dos outros, as posições das nuvens podem ser determinadas em três dimensões. BOSS mede a taxa de expansão usando estes mapas em três dimensões em épocas diferentes do tempo cósmico. Estas novas medidas fornecem informações chave para determinar a natureza da energia escura.

David Schlegel ressalta que “quando BOSS estava sendo proposto, estas medidas utilizando quasares haviam sido propostas mas pensávamos que não iriam funcionar. Estávamos errados. Nossas medidas de precisão são melhores que as previsões mais otimistas.”