Telescópio Espacial James Webb: novas medições podem aliviar a tensão de Hubble

Um problema insistente - e difícil de ignorar - sobre a velocidade de expansão do Universo talvez não exija reescrever tudo o que pensamos saber sobre a física.

Medições recentes feitas com o Telescópio Espacial James Webb indicam que o Universo local está a afastar-se de nós a uma taxa em torno de 70 quilómetros (cerca de 43 milhas) por segundo por megaparsec.

Se esse resultado se sustentar, o impacto é grande. Ele pode, enfim, ajudar a desfazer um desacordo entre estimativas da expansão acelerada do Universo que atormenta cientistas há décadas: a tensão de Hubble, por vezes descrita como a maior crise da cosmologia.

Ainda será preciso muito trabalho antes de declarar o caso encerrado. Mesmo assim, estas novas medições - obtidas a partir de três tipos distintos de estrelas - podem representar um avanço importante. O estudo foi submetido ao Jornal Astrofísico e está disponível no arXiv.

"Com base nestes novos dados do JWST e usando três métodos independentes, não encontramos evidência forte de uma tensão de Hubble", afirma a astrónoma Wendy Freedman, da Universidade de Chicago. "Pelo contrário, parece que o nosso modelo cosmológico padrão para explicar a evolução do Universo continua a funcionar."

O que está em jogo na tensão de Hubble

A questão central é a seguinte: o Universo está a expandir-se a uma taxa acelerada descrita pela constante de Hubble. Para estimar esse valor, é possível recorrer a diferentes observáveis - e cada abordagem acaba por produzir um número próprio.

Réguas padrão e velas padrão: dois caminhos para a constante de Hubble

Entre os observáveis do Universo primordial estão o fundo cósmico de micro-ondas - a radiação remanescente do primeiro brilho que atravessou o cosmos - e as oscilações acústicas de bárions, padrões na distribuição de galáxias distantes que são coerentes com ondas que se propagaram no Universo muito jovem.

Esses dois sinais são chamados de réguas padrão, porque o seu “tamanho” é conhecido. Com eles, dá para obter medidas de distância de forma directa e precisa, e as estimativas resultantes sugerem que o Universo se expande a uma taxa acelerada de cerca de 67,4 quilómetros por segundo por megaparsec.

Já os sinais do Universo próximo entram na categoria das velas padrão: objectos cuja luminosidade intrínseca é conhecida, como estrelas variáveis Cefeidas e supernovas do Tipo Ia. Como sabemos quão brilhantes elas são de verdade, também conseguimos calcular as suas distâncias com boa precisão. Nesse caso, os resultados apontam para uma constante de Hubble em torno de 74 quilómetros por segundo por megaparsec.

É verdade que as duas famílias de medições têm barras de erro que se sobrepõem, o que significa que a discrepância não equivale ao colapso da cosmologia. Ainda assim, seria desejável chegar com confiança a um número mais exacto para uma única taxa de expansão. Ou, se o Universo efectivamente apresentar mais de uma taxa, compreender por que regiões diferentes parecem expandir-se de maneiras distintas.

O que o Telescópio Espacial James Webb mediu em três tipos de estrelas

Há alguns anos, Freedman vem trabalhando em estimativas da constante de Hubble com estratégias diferentes das velas padrão mais tradicionais. Em particular, ela tem concentrado esforços em estrelas na ponta do ramo das gigantes vermelhas, conhecidas pela sigla TRGB.

Essas estrelas atingem um tamanho e uma luminosidade característicos, o que as torna uma ferramenta precisa para medir distâncias até galáxias relativamente próximas. Com observações de diferentes instrumentos - como o Hubble e o Gaia - Freedman e colegas produziram várias medições com TRGB que retornaram uma constante de Hubble na faixa de cerca de 69 a 70 quilómetros por segundo por megaparsec.

Entra em cena o Telescópio Espacial James Webb, o telescópio espacial mais poderoso já colocado em operação. Agora, Freedman e a equipa usaram o JWST para medir não apenas estrelas TRGB, mas também estrelas variáveis Cefeidas e um tipo de estrela gigante rica em carbono que, segundo os autores, pode funcionar como um novo tipo de vela padrão graças à sua luminosidade estável.

Ao estimarem as distâncias a partir dos três tipos de estrelas de forma independente, os investigadores reuniram um conjunto robusto de dados. Isso permitiu comparar resultados e procurar erros sistemáticos, com o objectivo de chegar a uma medição independente da constante de Hubble.

Para as estrelas TRGB, o valor obtido foi 69,85 quilómetros por segundo por megaparsec. Para as estrelas de carbono, o resultado foi 67,96. As variáveis Cefeidas ficaram um pouco mais destoantes, com 72,05, mas as barras de erro dos três métodos ainda se sobrepõem.

"Para nós, ver uma boa concordância entre três tipos de estrelas completamente diferentes é um forte sinal de que estamos no caminho certo", diz Freedman.

Por que a discussão ainda não terminou

O tema, porém, está longe de estar resolvido. Embora a nova estimativa caiba dentro das barras de erro tanto das réguas padrão quanto das velas padrão, valores diferentes vêm sendo obtidos há tempo demais para que o impasse desapareça de forma tão repentina. De facto, ainda no início deste ano, uma medição do JWST com variáveis Cefeidas e supernovas do Tipo Ia foi usada para confirmar um valor de 73 quilómetros por segundo por megaparsec.

Por isso, será necessário medir mais, repetir as análises e medir de novo - só para ter certeza. Mesmo assim, os novos números sugerem que variações entre diferentes observáveis ainda podem, na prática, explicar a discrepância sem que seja preciso recorrer a grandes teorias novas.

Ainda assim, ninguém sabe ao certo. É possível que, ao procurar uma resposta, acabemos mesmo por encontrar alguma física nova pelo caminho.

A pesquisa foi submetida ao Jornal Astrofísico e está disponível no arXiv.