Nova medição da constante de Hubble com a supernova SN H0pe aprofunda a tensão de Hubble

A luz de uma supernova que levou cerca de 10 mil milhões de anos para chegar até nós acabou de fornecer uma nova estimativa da constante de Hubble - o ritmo acelerado com que o Universo se expande.

Batizada de SN H0pe, ela está entre as supernovas do tipo Ia mais distantes já observadas. A partir da taxa com que aparenta afastar-se, os cientistas obtiveram uma constante de Hubble de 75,4 quilómetros por segundo por megaparsec.

A medição da constante de Hubble com a SN H0pe

Esse número coloca a cosmologia numa situação complicada. Medições do Universo primordial feitas com outro método - conhecido como “régua padrão” - costumam apontar uma expansão mais lenta, em torno de 67 quilómetros por segundo por megaparsec.

Embora a SN H0pe seja vista como era cerca de 4 mil milhões de anos após o Big Bang, ela recua muito mais no tempo do que outras medições com “vela padrão” realizadas no Universo próximo. Essas medições locais tendem a ficar por volta de 73 quilómetros por segundo por megaparsec - um sinal de que a discrepância se mantém ao longo do Universo observável, tanto quanto conseguimos verificar.

Com isso, uma explicação possível perde força: a ideia de que o espaço local estaria a afastar-se mais depressa do que o espaço distante. Se uma mesma técnica fornece valores equivalentes no Universo distante e no local, então isso sugere que H0 é, em termos gerais, aproximadamente uniforme.

O que é a tensão de Hubble (e por que ela importa)

Para contextualizar: o problema recebe o nome de tensão de Hubble - uma discrepância ainda sem solução entre os resultados de métodos diferentes usados para medir a expansão acelerada do Universo.

A abordagem da régua padrão recorre a vestígios do Universo primordial, como a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e marcas “fossilizadas” de densidade na distribuição de galáxias, chamadas oscilações acústicas de bárions.

Já as velas padrão são objetos cuja luminosidade intrínseca é conhecida, como estrelas variáveis cefeidas e supernovas do tipo Ia. Como se presume que emitem uma quantidade de luz relativamente constante, é possível inferir a distância ao comparar o brilho aparente com o brilho real.

O problema é que essa ferramenta tem um limite: a partir de certa distância, esses objetos tornam-se difíceis demais de observar. Por isso, em geral, as velas padrão são usadas sobretudo para estimar a constante de Hubble no Universo local.

Por que a lente gravitacional criou três imagens da SN H0pe

A SN H0pe está muito mais longe do que a maioria das supernovas do tipo Ia que conseguimos detetar. Isso acontece porque a sua luz foi amplificada e triplicada por uma particularidade do espaço-tempo conhecida como lente gravitacional.

Nas proximidades de um objeto massivo - como uma galáxia ou um aglomerado de galáxias - o espaço-tempo tende a curvar-se; a luz que atravessa essa curvatura pode ser multiplicada e ampliada, de forma semelhante ao que um vidro curvo faz ao aumentar aquilo que está por trás.

Como já explicado no ano passado, quando a descoberta foi anunciada, a SN H0pe está posicionada atrás de um aglomerado de galáxias. Ao atravessar a lente gravitacional produzida por esse aglomerado, a luz da supernova foi ampliada e separada em três pontos distintos.

"Isto é semelhante a como um espelho de vaidade triplo apresenta três imagens diferentes de uma pessoa sentada à sua frente. Na imagem do Webb, isso foi demonstrado diante dos nossos olhos, pois a imagem do meio apareceu invertida em relação às outras duas, um efeito de 'lente' previsto pela teoria", diz a cosmóloga Brenda Frye, da Universidade do Arizona.

"Para obter três imagens, a luz percorreu três trajetos diferentes. Como cada trajeto tinha um comprimento distinto, e a luz viajou à mesma velocidade, a supernova foi registada nesta observação do Webb em três momentos diferentes da sua explosão.

"Na analogia do espelho triplo, ocorreu um atraso temporal no qual o espelho da direita mostrou uma pessoa a levantar um pente, o espelho da esquerda exibiu o cabelo a ser penteado, e o espelho do meio apresentou a pessoa a baixar o pente."

Essa configuração permitiu aos investigadores realizar uma medição detalhada da constante de Hubble no Universo distante usando uma técnica de vela padrão que, normalmente, é aplicada ao Universo local. O valor de 75,4 quilómetros por segundo por megaparsec talvez não elimine a tensão, mas ajuda a restringir o que pode estar por trás dela.

A tensão de Hubble está entre os maiores desafios da cosmologia - e não é um detalhe irrelevante: dela dependem estimativas de quão grande e quão antigo é o Universo, além de permitir medições mais precisas ao longo do espaço-tempo como um todo.

No dia a dia, astrónomos costumam adotar uma constante de Hubble de aproximadamente 70 quilómetros por segundo por megaparsec para calcular distâncias a objetos cósmicos - um valor que, na prática, é uma estimativa baseada nos melhores dados disponíveis.

Resolver a tensão de Hubble tem tudo para ser um feito digno de Nobel. E há sinais de que estamos a aproximar-nos disso.

Ondas gravitacionais, “sirene padrão” e o papel do JWST

As ondas gravitacionais abriram mais um caminho para tentar apertar esse cerco: a sirene padrão. Algumas medições desse tipo já foram feitas; elas ficam na vizinhança dos resultados tanto das réguas padrão quanto das velas padrão, portanto ainda não são decisivas - mas agora parece ser questão de tempo.

Além disso, mais algumas observações com o JWST podem levar-nos ao ponto de viragem. Com apenas quatro eventos adicionais semelhantes ao da SN H0pe, o nível de confiança da medição poderia subir para mais de três sigma. Será um bom dia.

O relatório desta nova medição foi submetido ao The Astrophysical Journal e está disponível no servidor de pré-publicações arXiv.