Estrelas velhas podem servir como nova “régua” cósmica

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

R Leporis, a estrela brilhante e alaranjada, visível no centro, é um exemplo de um tipo de estrelas localizada na região-J do ramo assintótico das gigantes. A cor impressionante vem das grandes quantidades de carbono na atmosfera.
Crédito: Martin Pugh

Apesar de um século de medições, os astrónomos não conseguem concordar no valor da expansão do Universo. Uma técnica que se baseia na medição de distâncias a um tipo específico de estrela velha noutras galáxias – chamado método JAGB (J-region Asymptotic Giant Branch, em português “ramo assintótico das gigantes na região-J”) – pode ajudar.

A astrofísica e estudante da Universidade de Chicago, Abigail Lee, é a autora principal de um novo artigo científico que analisou observações da luz de uma galáxia próxima para validar o método JAGB para medir distâncias cósmicas. Esta nova técnica permitirá futuras medições independentes de distância que podem ajudar a responder a uma das maiores questões pendentes da cosmologia: quão depressa está o Universo a expandir-se?

“Uma das questões mais interessantes da cosmologia hoje é se há uma nova física em falta no nosso entendimento actual de como o Universo está a evoluir. Uma discrepância actual na medição da constante de Hubble pode estar a sinalizar uma nova propriedade física do Universo ou, mais mundanamente, incertezas não reconhecidas de medição,” disse Wendy L. Freedman, professora de astronomia e astrofísica na mesma universidade e autora sénior do artigo. “Existem poucos métodos para medir distâncias que podem fornecer a precisão necessária. Lee está a desenvolver este novo método JAGB, que actualmente se mostra promissor no que toca a resolver esta discrepância.”

Uma chave para a história do Universo

Em 1920, Edwin Hubble notou pela primeira vez a relação entre a distância de uma galáxia e quão depressa se estava a afastar de nós. Este valor, agora conhecido como constante de Hubble, é um parâmetro chave dos modelos cosmológicos.

Hubble primeiro mediu esta constante comparando medições de distâncias galácticas e velocidades derivadas de um tipo específico de estrela que pulsa regularmente. As medições, usando métodos directos como o de Hubble, melhoraram muito ao longo das décadas, mas não concordam com os métodos que extrapolam a partir da radiação cósmica de fundo em micro-ondas – radiação remanescente do Universo muito primitivo. Esta discordância é chamada de tensão de Hubble e é uma das questões mais proeminentes da cosmologia moderna.

Um método de medição independente pode ajudar a preencher a lacuna entre os métodos e levar a um valor mais decisivo da constante de Hubble medida directamente das distâncias, disseram as autoras.

É aqui que entra o método JAGB. As estrelas na região-J do ramo assintótico das gigantes são um tipo específico de gigantes velhas que contêm uma quantidade substancial de carbono nas suas atmosferas e que é trazido para a superfície por correntes de convecção, dando-lhes uma cor e brilho muito distintos que permite que sejam identificadas num determinado conjunto de estrelas numa galáxia.

“Observámos empiricamente que estas estrelas têm um brilho intrínseco conhecido de galáxia para galáxia,” disse Lee.

Isto torna-as grandes candidatas ao que os astrónomos chamam de velas padrão. Sabendo que o brilho aparente de uma estrela depende tanto da distância ao observador como do seu brilho intrínseco, se soubermos este brilho intrínseco de uma estrela, os astrónomos conseguem inferir a sua distância.

“Dado que este método é relativamente novo, o objectivo deste projecto era ver se podia competir com outros indicadores de distância em termos de precisão e exactidão,” realça Lee.

A equipa seleccionou uma galáxia na periferia do grupo galáctico mais próximo, chamada WLM (Wolf–Lundmark–Melotte), e usou dados obtidos de observações com os Telescópios Magellan no Observatório Las Campanas no Chile. Usando um único objecto como alvo e aplicando quatro métodos diferentes e independentes de medição, a equipa pôde comparar a exactidão e a precisão do método JAGB com os métodos estabelecidos anteriormente.

Depois de analisarem dados de quatro maneiras diferentes, as investigadoras determinaram que o método JAGB não é apenas uma verificação independente de outros métodos de medição de distâncias, mas que requer menos tempo de observação – uma “mercadoria” escassa entre a comunidade de astrónomos que competem por tempo de observação num número limitado de telescópios poderosos.

Tendo em conta que as estrelas JAGB são mais brilhantes do que as estrelas usadas noutras medições de distância, também podem ser observadas mais longe, o que permitirá calibrações mais distantes do que é possível com os outros métodos. Além disso, as estrelas JAGB podem ser encontradas em todos os tipos de galáxias, ao contrário das estrelas pulsantes usadas por Edwin Hubble, que se encontram apenas no subconjunto mais limitado de galáxias espirais e sofrem frequentemente de aglomeração e interferência significativa da poeira.

“Idealmente, vamos obter tempo de observação com o Telescópio Espacial James Webb e com o Telescópio Espacial Hubble para usar este método e medir distâncias a galáxias que hospedam super-novas do Tipo Ia,” disse Lee. As super-novas do Tipo Ia são usadas para medir galáxias mais distantes, mas precisam de ser calibradas por medições de distâncias inferiores usando técnicas como o método JAGB. “Assim que fizermos isto, podemos não apenas medir a constante de Hubble, mas também comparar estes vários métodos de distância para ver se há problemas com algum deles.”

Se este novo valor independente para a constante de Hubble concordar com outros métodos de medição directa ou com medições do Universo inicial, irá lançar luz sobre esta questão que há muito intriga os astrónomos e cosmólogos.

“Não temos uma compreensão firme do valor da constante de Hubble, de modo que este trabalho é realmente importante para ajudar a resolver, de momento, aquilo que é um dos maiores problemas da cosmologia,” conclui Lee.

Astronomia On-line
5 de Março de 2021