Sabemos que há décadas astrônomos havia observado um anomalia no comportamento de Mercúrio em sua órbita ao redor do Sol. Poderíamos explicar isso postulando, como o famoso descobridor da Netuno Urbano Le Verrier fê-lo em 1859, postulando a existência de um planeta mais próximo do Sol do que Mercúrio. Sua gravitação interrompeu o movimento de Mercúrio a tal ponto que o movimento de seu periélio sofreu uma vantagem muito ligeira de 43 segundos de arco por século.
Mas Vulcano, como era então chamado, permaneceu por descobrir e, em última análise, só com a teoria da relatividade geral de Einstein foi possível explicar a lacuna entre as previsões do cálculo das perturbações gravitacionais tendo em conta a gravidade planetas de Sistema solar e os movimentos observados de Mercúrio.
O ganhador do Prêmio Nobel de Física, Adam Riess, fala conosco sobre a tensão de Hubble. Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
Podemos perguntar-nos o que está escondido por detrás da famosa tensão do Hubble em cosmologia. Será necessário trazer um novo físico revolucionário, por exemplo, a relatividade emaranhada, ou simplesmente aplicar melhor o que já é conhecido?
Futuro dedicou vários artigos nos últimos anos a esta questão onde o papel e a natureza doenergia escura e a famosa constante cosmológica de Einstein entram em jogo.
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Energia escura variável, a solução para o enigma da expansão do universo?
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Hoje estamos retomando um artigo de A conversaonde três pesquisadores discutem uma possível solução para o desacordo entre as determinações do velocidade expansão doUniverso observável extraído em particular dos estudos sobre supernovas realizados pelo vencedor do Prémio Nobel de Física Adam Riess e seus colegas, por um lado, e, por outro lado, a determinação feita através do estudo dos dados relativos à famosa radiação fóssil e que devemos Missão Planck.
Os três pesquisadores autores do texto a seguir são:
- Levon Pogosyan: professor de física, Universidade Simon Fraser.
- Karsten Jedamzik: pesquisador em cosmologia, Universidade de Montpellier.
- Tom Abel: professor de física de partículas eastrofísicaDepartamento de Física, Universidade de Stanford.
Está bem estabelecido que o Universo está em expansão, mas a velocidade desta expansão é tema de sérias divergências entre os cientistas.
Duas das nossas melhores maneiras de medir essa taxa de expansão, Constante de Hubblefornecem resultados teimosamente contraditórios. Isto representa um grande problema na cosmologia moderna, conhecido como tensão de Hubble.
Perguntámo-nos então se uma ideia inicialmente proposta para resolver outro mistério cósmico – a origem da campos magnéticos cósmica – poderia nos ajudar a desvendar o mistério da tensão do Hubble.
Nossa pesquisa publicada recentemente explora a possibilidade de campos magnéticos extremamente fracos, remanescentes dos primeiros momentos após o Big Bangpode lançar luz sobre a voltagem do Hubble, ao mesmo tempo que fornece informações sobre a física em energias muito além do que é acessível na Terra.
A constante de Hubble e a tensão de Hubble
Os astrônomos usam a constante de Hubble para medir a taxa de expansão do Universo. Ela porta o nome do astrônomo americano Edwin Hubbleque descobriu a expansão do Universo.
Existem duas abordagens conceitualmente diferentes para medir a constante de Hubble. O primeiro método é indireto e baseia-se nas previsões do nosso modelo cosmológico, ajustado para corresponder às variações no fundo cósmico de microondaso fraco brilho residual do Big Bang.
Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. O mistério de medir a constante de Hubble: explica a professora Wendy Freedman. © Universidade de Chicago
Do telescópios como o telescópio espacial Planck mediu pequenas flutuações neste luz primordial, prevendo uma constante de Hubble de aproximadamente 67 quilômetros por segundo por megaparsec (km/s/Mpc). UM parsec é uma unidade de distância usada em astronomia, igual a aproximadamente 3,26 anos-luzou 30,9 trilhões de quilômetros. Um megaparsec é igual a um milhão de parsecs.
O segundo método é mais direto, semelhante ao utilizado por Hubble na década de 1920, quando demonstrou pela primeira vez a expansão do Universo. Ele mede a velocidade do movimento para longe galáxias distante da nossa galáxia, o Via Lácteaobservando o brilho explosões de supernovas nestas galáxias.
As supernovas do tipo Ia são conhecidas por serem “ velas padrão “, porque seu brilho é constante, independentemente de sua localização. Isso significa que podemos estimar sua distância com base no brilho aparente.
Para determinar o seu brilho intrínseco, os astrónomos utilizam outras velas padrão, como as estrelas Cefeidas, em galáxias vizinhas. Estas observações, realizadas com os telescópios espaciais Hubble e James-Webb, dão um valor mais elevado, de cerca de 73 km/s/Mpc.
Essa diferença entre as duas medições é chamada de tensão de Hubble. A diferença entre 67 e 73 anos pode parecer pequena, mas é estatisticamente muito significativa. Se ambos os métodos estiverem corretos, então nosso modelo cosmológico padrão apresenta uma lacuna significativa.
Para obter uma tradução francesa bastante precisa, clique no retângulo branco no canto inferior direito. As legendas em inglês devem aparecer. Em seguida, clique na porca à direita do retângulo, depois em “Legendas” e por fim em “Traduzir automaticamente”. Escolha “Francês”. © Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
De onde vêm os campos magnéticos cósmicos?
Os campos magnéticos são onipresentes no Universo. Os planetas e estrelas geram os seus próprios campos, mas surgem lacunas na nossa compreensão quando se trata de explicar os campos magnéticos de escala muito maior que passam através de galáxias e aglomerados, e talvez até de vazios cósmicos.
Uma hipótese há muito estudada é que magnetismo teria surgido no universo primitivo, muito antes da formação das primeiras estrelas e galáxias. Estes chamados campos magnéticos primordiais têm sido estudados há décadas, e a procura dos seus vestígios na radiação cósmica de fundo e noutros dados oferece uma forma de explorar o Universo primitivo e as energias extremas que teriam gerado estes campos.
Em 2011, dois de nós (Karsten e Tom) apontamos que os campos magnéticos primordiais teriam influenciado a recombinação – quando o elétrons e o prótons combinados pela primeira vez para formarhidrogênio neutro – e que o Universo passou de opaco para transparente. A primeira luz capaz de se propagar livremente a partir deste ponto é aquela que observamos hoje como radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
Se existissem, os campos magnéticos primordiais acelerariam a recombinação exercendo forças de atração e repulsão sobre as partículas carregadas, fazendo com que matéria ligeiramente irregular. Onde as partículas são mais densas, é mais provável que se encontrem e formem hidrogênio.
Mover o momento em que o Universo se torna transparente modifica o tamanho dos padrões observados na radiação cósmica de fundo. Na verdade, isto altera a unidade de medida das distâncias cósmicas e, portanto, o valor da constante de Hubble deduzido do modelo, ajudando assim a aliviar a tensão de Hubble. Dois de nós (Karsten e Levon) demonstramos esse efeito em 2020 usando um modelo de recombinação simplificado.
Durante 13,8 mil milhões de anos, o Universo continuou a evoluir. Ao contrário do que nos dizem os nossos olhos quando contemplamos o céu, o que o compõe está longe de ser estático. Os físicos fazem observações em diferentes idades do Universo e realizam simulações nas quais reproduzem sua formação e evolução. Parece que a matéria escura desempenhou um papel importante desde o início do Universo até à formação das grandes estruturas observadas hoje. © CEA Pesquisa
Um grande avanço: nossas descobertas
Na nossa nova publicação, utilizámos as primeiras simulações tridimensionais completas do plasma primordial com campos magnéticos integrados, para rastrear a formação de hidrogénio.
Usamos a história da formação de hidrogênio, conforme revelada por essas simulações, para calcular previsões sobre o aparecimento da radiação cósmica de fundo em micro-ondas na presença de campos magnéticos primordiais, e comparamos essas previsões com observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
A radiação cósmica de fundo em micro-ondas é extremamente sensível a variações na recombinação. Se os campos magnéticos primordiais a modificassem de uma forma inconsistente com as observações, esta hipótese poderia ser invalidada. No entanto, os dados mostraram que a nossa proposição permanece plausível. Em múltiplas combinações de conjuntos de dados, observamos uma ligeira preferência consistente por campos magnéticos primordiais, com uma amplitude entre aproximadamente 1,5 e 3 desvios padrão. Isto ainda não é uma descoberta, mas uma pista significativa para a sua existência.
Da mesma forma, as intensidades de campo favorecidas pelos dados, da ordem de 5 a 10 pico-gauss hoje, estão próximas daquelas necessárias para que os campos magnéticos de galáxias e aglomerados venham exclusivamente de germes primordial. Um pico-gauss é uma unidade de medida da intensidade dos campos magnéticos.
Além da sua contribuição para aliviar a tensão do Hubble, a confirmação da existência de campos magnéticos primordiais abriria uma nova perspectiva sobre o Universo nos seus primórdios, talvez fornecendo informações sobre eventos importantes como o Big Bang.
Nossos resultados mostram que esta hipótese resiste aos testes mais precisos atualmente disponíveis e estabelece metas claras para observações futuras. Nos próximos anos, determinaremos se os pequenos campos magnéticos das origens do Universo ajudaram a moldar o Universo tal como o conhecemos hoje e se eles contêm a chave para resolução da tensão de Hubble.
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Será este o fim da “crise” na cosmologia com a tensão Hubble graças ao telescópio James-Webb?
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