Físico encontra resposta para mistério da expansão do universo

Solução apresentada por Lucas Lombriser, da Universidade de Genebra, concilia os dois métodos de cálculo que obtinham resultados conflitantes

A galáxia anã Phoenix II, vizinha da Via Láctea: ambas e mais milhares de galáxias estariam juntas numa "bolha" de 250 milhões de anos-luz de diâmetro, afirma Lombriser. Crédito: Mutlu-Pakdil et al., 2018

A Terra, o Sistema Solar, toda a Via Láctea e os milhares de galáxias mais próximas a nós se movem em uma vasta “bolha” com 250 milhões de anos-luz de diâmetro, na qual a densidade média da matéria é metade da do resto do universo. Essa hipótese foi apresentada por Lucas Lombriser, físico teórico da Universidade de Genebra (UNIGE), na Suíça, para resolver um enigma que divide a comunidade científica há uma década: a que velocidade o universo está se expandindo?

Até agora, pelo menos dois métodos de cálculo independentes chegaram a dois valores diferentes em cerca de 10%, com um desvio estatisticamente irreconciliável. A nova abordagem, descrita na revista “Physics Letters B”, apaga essa divergência sem fazer uso de nenhuma “nova física”.

O universo está em expansão desde que o Big Bang ocorreu 13,8 bilhões de anos atrás – uma proposta feita pelo físico belga Georges Lemaître (1894-1966) e demonstrada pela primeira vez pelo astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953). Hubble descobriu em 1929 que todas as galáxias estão se afastando de nós e que as galáxias mais distantes estão se movendo mais rapidamente. Isso sugere que houve um tempo no passado em que todas as galáxias estavam localizadas no mesmo local, um tempo que só pode corresponder ao Big Bang.

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Essa pesquisa deu origem à lei de Hubble-Lemaître, incluindo a constante de Hubble (H0), que denota a taxa de expansão do universo. As melhores estimativas de H0 atualmente estão em torno de 70 (km/s)/Mpc, o que significa que o universo está se expandindo 70 quilômetros por segundo mais rapidamente a cada 3,26 milhões de anos-luz. O problema é que há dois métodos de cálculo conflitantes.

Supernovas esporádicas

O primeiro é baseado no radiação cósmica de fundo em micro-ondas, a radiação de micro-ondas que vem de todos os lugares, emitida no momento em que o universo ficou frio o suficiente para que a luz pudesse circular livremente (cerca de 370 mil anos após o Big Bang). Usando os dados precisos fornecidos pela missão espacial Planck, e considerando o universo homogêneo e isotrópico, obtém-se um valor de 67,4 para H0, usando a teoria da relatividade geral de Einstein para percorrer o cenário.

O segundo método de cálculo é baseado nas supernovas que aparecem esporadicamente em galáxias distantes. Esses eventos muito brilhantes fornecem ao observador distâncias altamente precisas, uma abordagem que tornou possível determinar um valor para H0 de 74.

Lucas Lombriser, professor do Departamento de Física Teórica da Faculdade de Ciências da UNIGE, explica: “Esses dois valores continuaram se tornando mais precisos por muitos anos, permanecendo diferentes entre si. Não foi preciso muito para provocar uma controvérsia científica e até para despertar a empolgante esperança de que talvez estivéssemos lidando com uma ‘nova física’”.

Para diminuir a lacuna, o professor Lombriser considerou a ideia de que o universo não é tão homogêneo quanto se imagina, uma hipótese que pode parecer óbvia em escalas relativamente modestas. Não há dúvida de que a matéria está distribuída de maneira diferente dentro de uma galáxia e fora dela. É mais difícil, no entanto, imaginar flutuações na densidade média da matéria calculada em volumes milhares de vezes maiores que uma galáxia.

A “bolha de Hubble”

“Se estivéssemos em uma espécie de gigantesca ‘bolha’, onde a densidade da matéria fosse significativamente menor que a densidade conhecida para todo o universo, isso teria consequências nas distâncias das supernovas e, finalmente, na determinação da H0”, afirma Lombriser.

Tudo o que seria necessário seria que essa “bolha de Hubble” fosse grande o suficiente para incluir a galáxia que serve como referência para medir distâncias. Ao estabelecer um diâmetro de 250 milhões de anos-luz para essa bolha, o físico calculou que, se a densidade da matéria interior fosse 50% menor do que para o resto do universo, um novo valor seria obtido para a constante de Hubble, que então concordaria com o obtido usando o fundo cósmico de micro-ondas. “A probabilidade de haver tal flutuação nessa escala é de uma em 20 a uma em 5, o que significa que não é fantasia de um teórico. Existem muitas regiões como a nossa no vasto universo”, diz Lombriser.