A constante de Hubble ao sabor das ondas

20 de outubro de 2017 | LIneA

Da recente detecção de “multi-mensageiros” do fenômeno de fusão de estrelas de nêutrons, chamado de kilonova (ver video abaixo), surge a possibilidade de medirmos a taxa de expansão do Universo local, conhecida como “constante de Hubble” (Ho), em homenagem a Edwin Hubble, que descobriu que o Universo estava se expandindo. A nova técnica é chamada de “sirenes cósmicas”.

Sabemos que o Universo nos últimos 6 bilhões de anos se encontra em expansão acelerada, e atribuímos à “energia escura” a responsabilidade por isso. Ao que tudo indica, essa expansão acelerada não tem intenções de parar. Na tentativa de caracterizar a “energia escura” e entendermos melhor o fenômeno, procuramos determinar a taxa de crescimento do Universo ao longo de sua existência.

Para tal, procuramos medir a distância de alguns tipos de objetos que possam servir de padrão. Este é o caso das supernovas tipo Ia, que no máximo de sua emissão de energia, ao explodirem, emitem sempre a mesma quantidade de energia. Isto possibilita usá-las como “velas padrão”, como se fossem uma lâmpada de potência conhecida que permite calcular a que distância ela se encontra ao medirmos o fluxo recebido na posição do observador. Como o brilho das kilonovas é intenso, podem ser vistas de longe.

Pois bem, acaba de ser publicado em artigo na revista Nature, a “sirene padrão” (a “sirene” tem o mesmo significado daquela usada em uma ambulância, por exemplo) produzida pelo evento GW170817. Através da mudança de comportamento da onda gravitacional produzida durante a fusão das estrelas de nêutrons podemos determinar a “luminosidade gravitacional” intrínseca do objeto. Juntando-se esta informação ao redshift (desvio para o vermelho produzido pelo afastamento das galáxias) também medido, podemos determinar a distância da fonte sem necessidade do uso de modelos cosmológicos.

Após diversas considerações, os pesquisadores envolvidos determinaram que a constante de Hubble possui o valor de 70 km/s/Mpc (com uma incerteza de ~12%) . O valor encontrado é compatível com medidas feitas por outros métodos ao se levar em conta os erros envolvidos. Nada mal para o começo do uso das sirenes padrão. O significado deste número é que a cada Mpc (~31 quintilhões de quilômetros) de distância que se encontra uma galáxia, ela tem sua velocidade de recessão aumentada de 70 km/s com relação a nós. Na Figura 1 mostramos um gráfico de probabilidade para o valor de Ho.

O Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA) e o INCT do e-Universo apoiam participantes de grandes levantamentos como o consórcio DES-Brazil. Neste trabalho participaram os seguintes afiliados ao LIneA: Aurelio C. Rosell (ON), Flavia Sobreira (UNICAMP), Luiz A. Nicolaci da Costa (ON), Julia Gschwend (ON), Marcio A.G. Maia (ON), Marcos Lima (USP) e, Ricardo L.C. Ogando (ON).

Figura 1 – Distribuição de probabilidade de valores para Ho. A curva em azul mostra a determinação obtida com GW170817 (máximo de probabilidade próximo de Ho=70 km/s/Mpc). As faixas verticais verde (dados do satélite Planck) e laranja (dados de supernovas), mostram as estimativas feitas por outros métodos. Percebe-se que as determinações do satélite Planck e por supernovas não são coincidentes, causando uma certa controvérsia no meio científico. Para mais detalhes veja o artigo.

 

Video sobre a explosão de uma kilonova. Crédito do video: Fermilab e Dark Energy Survey.

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