A luz sobrevivente mais antiga revela a verdadeira idade do universo

A luz antiga do Big Bang revelou uma nova estimativa precisa para a idade do universo: 13,77 bilhões de anos, mais ou menos 40 milhões de anos.

A nova estimativa, baseada em dados de uma série de telescópios no deserto chileno de Atacama, também pesa sobre uma das divergências mais importantes da astrofísica: com que velocidade o universo está se expandindo? Descrito em dois artigos científicos, o novo resultado dá um impulso significativo para um lado da discordância, embora os físicos não pudessem provar que o outro lado da disputa estava errado.

Aqui está o problema: os físicos precisam entender a taxa de expansão do universo para dar algum sentido à cosmologia - a ciência do passado, presente e futuro de todo o nosso universo. Eles sabem que uma substância misteriosa chamada energia escura está fazendo com que o universo se expanda (a uma taxa cada vez maior) em todas as direções ... Mas quando os astrônomos apontam seus telescópios para o espaço para medir a constante de Hubble (H0) - o número que descreve quão rápido o universo está se expandindo em distâncias diferentes de nós ou de outro ponto - eles aparecem com números que discordam entre si, dependendo do método que usam.

Um método, baseado em medições de quão rápido as galáxias próximas estão se afastando da Via Láctea, produz um H0. Outro método, baseado no estudo da luz mais antiga do espaço, ou radiação cósmica de fundo (CMB), produz outro H0. Essa discordância deixou os cientistas se perguntando se há algum ponto cego importante em suas medições ou teorias, como relatado anteriormente. Esses novos resultados parecem mostrar que não houve nenhum erro de medição no lado CMB.

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"Encontramos uma taxa de expansão que está certa na estimativa da equipe do satélite Planck", que é outro estudo do CMB, disse o astrofísico da Universidade Cornell Steve Choi, principal autor de um dos dois novos artigos, em um comunicado. "Isso nos dá mais confiança nas medições da luz mais antiga do universo."

Os dados do satélite Planck, divulgados em 2018, foram as medições mais importantes do CMB até agora. Com um nível de precisão sem precedentes, eles mostraram quão nitidamente as medições CMB de H0 discordam das medições baseadas no movimento de galáxias próximas.

Esses novos resultados recalcularam a medição CMB do zero, usando um conjunto totalmente diferente de dados e cálculos do telescópio, e chegaram a resultados muito semelhantes. Isso não prova que a medição CMB de H0 está correta - ainda pode haver algum problema com as teorias da física usadas para fazer o cálculo - mas sugere que não há nenhum erro de medição nesse lado da discordância.

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Baseando-se nos dados do Telescópio de Cosmologia do Atacama (ACT), no deserto do Atacama, no Chile, os pesquisadores rastrearam pequenas diferenças entre as diferentes partes do CMB - que parece ter diferentes níveis de energia em diferentes partes do céu. O CMB, que se formou quando o universo esfriou após o Big Bang, é detectável em todas as direções do espaço como um brilho de micro-ondas. Está a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância, uma relíquia de um tempo antes da formação de estrelas e galáxias. 

Ao combinar teorias sobre como o CMB se formou com medições precisas de suas flutuações, os físicos podem determinar a velocidade com que o universo estava se expandindo naquele momento. Esses dados podem então ser usados ​​para calcular H0.

O ACT examinou metodicamente metade do céu entre 2013 e 2016, olhando especialmente para a luz de microondas. Em seguida, os pesquisadores passaram anos limpando e analisando os dados com o auxílio de supercomputadores, removendo outras fontes de microondas que não fazem parte do CMB, para costurar um mapa completo do CMB. O tempo todo, eles se "cegaram" para as implicações de seu trabalho, eles escreveram em seus artigos, o que significa que não olharam como suas escolhas afetaram as estimativas de H0 até o final. Somente quando o mapa CMB completo foi concluído os pesquisadores o utilizaram para calcular H0.

O novo mapa CMB também ofereceu uma nova medida para a distância entre a Terra e o CMB. Essa distância, combinada com uma nova medição de quão rápido o universo se expandiu ao longo do tempo, permitiu um cálculo preciso da idade do universo.

"Eu não tinha uma preferência particular por nenhum valor específico - seria interessante de uma forma ou de outra", disse Choi.

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 Ainda é possível, como relatado anteriormente, que algum erro nessas teorias esteja atrapalhando o cálculo. Mas não está claro qual seria o erro.

A outra abordagem para calcular H0 depende de estrelas pulsantes conhecidas como cefeidas, que residem em galáxias distantes e pulsam regularmente. Essa pulsação cronometrada permite aos pesquisadores realizar cálculos precisos de seus movimentos e distâncias da Terra.

Com essas medições diretas de velocidade, é bastante simples chegar a uma medição de H0. Não existem teorias cosmológicas complicadas envolvidas. Mas é possível, propuseram alguns cientistas, que nossa região do universo seja estranhamente vazia e não seja representativa de todo o universo. É até possível que haja problemas de medição com as cefeidas e que essas varetas cósmicas de medição não funcionem exatamente como os físicos esperam.

Por enquanto, o verdadeiro H0 permanece um mistério. Mas os pesquisadores do CMB têm mais munição para seu lado do desacordo.

Ambos os novos artigos que descrevem a nova análise foram publicados em 14 de julho no banco de dados de pré-impressão arXiv e submetidos à revisão formal por pares.