A taxa de expansão do universo está em disputa - e podemos precisar de nova física para resolvê-lo

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Anonim

Da próxima vez que você comer um bolinho de mirtilo (ou chocolate), considere o que aconteceu com os mirtilos na massa quando estava assado. Os mirtilos começaram todos juntos, mas à medida que o bolinho se expandia, eles começaram a se afastar um do outro. Se você pudesse sentar em um mirtilo, veria todos os outros se afastando de você, mas o mesmo seria verdade para qualquer mirtilo que você escolhesse. Nesse sentido, as galáxias são muito parecidas com mirtilos.

Desde o Big Bang, o universo vem se expandindo. O fato estranho é que não há lugar único do qual o universo está se expandindo, mas todas as galáxias estão (em média) se afastando de todas as outras. De nossa perspectiva na galáxia Via Láctea, parece que a maioria das galáxias está se afastando de nós - como se fôssemos o centro de nosso universo parecido com muffins. Mas seria exatamente o mesmo de qualquer outra galáxia - tudo está se afastando de todo o resto.

Para tornar as coisas ainda mais confusas, novas observações sugerem que a taxa dessa expansão no universo pode ser diferente, dependendo de quão distante você olha para trás no tempo. Esses novos dados, publicados no Astrophysical Journal, indicam que talvez seja hora de revisar nossa compreensão do cosmos.

Desafio do Hubble

Os cosmologistas caracterizam a expansão do universo em uma lei simples conhecida como Lei de Hubble (nomeada por Edwin Hubble - embora, na verdade, muitas outras pessoas tenham antecipado a descoberta de Hubble). A Lei de Hubble é a observação de que galáxias mais distantes estão se afastando em um ritmo mais rápido. Isso significa que as galáxias que estão próximas estão se afastando de forma relativamente lenta por comparação.

A relação entre a velocidade e a distância de uma galáxia é definida por "Constante de Hubble", que é cerca de 44 milhas (70 km) por segundo por Mega Parsec (uma unidade de comprimento em astronomia). O que isto significa é que uma galáxia ganha cerca de 50.000 milhas por hora para cada milhão de anos-luz que está longe de nós. No tempo que você leva para ler esta frase, uma galáxia a uma distância de um milhão de anos-luz se distancia por cerca de 100 milhas extras.

Essa expansão do universo, com galáxias próximas se movendo mais lentamente que galáxias distantes, é o que se espera de um cosmos uniformemente em expansão com energia escura (uma força invisível que faz com que a expansão do universo acelere) e matéria escura (uma forma desconhecida e invisível). de matéria que é cinco vezes mais comum que a matéria normal). Isto é o que se observaria também de blueberries em um muffin em expansão.

A história da medição da Constante de Hubble foi repleta de dificuldades e revelações inesperadas. Em 1929, o próprio Hubble achava que o valor deveria ser de cerca de 342.000 milhas por hora por milhão de anos-luz - cerca de dez vezes maior do que o que medimos agora. Medições de precisão da Constante de Hubble ao longo dos anos são, na verdade, o que levou à descoberta inadvertida da energia escura. A busca para descobrir mais sobre esse tipo misterioso de energia, que compõe 70% da energia do universo, inspirou o lançamento do (atualmente) melhor telescópio espacial do mundo, em homenagem ao Hubble.

Showstopper cósmico

Agora parece que esta dificuldade pode continuar como resultado de duas medidas altamente precisas que não concordam uma com a outra. Assim como as medições cosmológicas tornaram-se tão precisas que se esperava que o valor da constante de Hubble fosse conhecido de uma vez por todas, foi descoberto que as coisas não fazem sentido. Em vez de um, agora temos dois resultados impressionantes.

De um lado, temos as novas medidas muito precisas do Fundo de Microondas Cósmico - o resplendor do Big Bang - da missão Planck, que mediu a Constante Hubble a cerca de 46.200 milhas por hora por milhão de anos-luz (ou usando cosmólogos). 'unidades de 67, 4 km / s / Mpc).

Por outro lado, temos novas medidas de estrelas pulsantes em galáxias locais, também extremamente precisas, que mediram a constante de Hubble a 50.400 milhas por hora por milhão de anos-luz (ou usando unidades de cosmólogos 73, 4 km / s / Mpc). Estes estão mais próximos de nós no tempo.

Ambas as medições afirmam que seu resultado é correto e muito preciso. As incertezas das medições são de apenas 300 milhas por hora por milhão de anos-luz, então parece que há uma diferença significativa no movimento. Os cosmólogos referem-se a essa discordância como "tensão" entre as duas medições - eles estão estatisticamente puxando os resultados em direções diferentes, e algo tem que estalar.

Nova física?

Então, o que vai quebrar? No momento, o júri está fora. Pode ser que nosso modelo cosmológico esteja errado. O que está sendo visto é que o universo está se expandindo mais rápido do que o esperado com base em medições mais distantes. As medições do Fundo Cósmico de Microondas não medem a expansão local diretamente, mas inferem isso através de um modelo - nosso modelo cosmológico. Isso foi tremendamente bem-sucedido em prever e descrever muitos dados observacionais no universo.

Portanto, embora esse modelo possa estar errado, ninguém apresentou um modelo convincente simples que possa explicar isso e, ao mesmo tempo, explicar tudo o que observamos. Por exemplo, podemos tentar explicar isso com uma nova teoria da gravidade, mas outras observações não se encaixam. Ou poderíamos tentar explicá-lo com uma nova teoria da matéria escura ou energia escura, mas depois outras observações não se encaixam - e assim por diante. Então, se a tensão é devida à nova física, ela deve ser complexa e desconhecida.

Uma explicação menos excitante poderia ser a de que há "desconhecidos desconhecidos" nos dados causados ​​por efeitos sistemáticos, e que uma análise mais cuidadosa pode um dia revelar um efeito sutil que foi negligenciado. Ou pode ser apenas por acaso estatístico, que desaparece quando mais dados são coletados.

No momento, não está claro qual combinação de nova física, efeitos sistemáticos ou novos dados resolverá essa tensão, mas algo tem que dar. O quadro de muffins em expansão do universo pode não funcionar mais, e os cosmologistas estão em uma corrida para ganhar um "grande aquecimento cósmico" para explicar esse resultado. Se for necessária uma nova física para explicar essas novas medições, o resultado será uma mudança espetacular de nossa imagem do cosmos.

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