3554: Expansão do Universo pode não ser uniforme

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Um mapa que mostra o ritmo de expansão do Universo em diferentes direcções do céu com base em dados do XMM-Newton da ESA, do Chandra da NASA e dos observatórios de raios-X ROSAT liderados pela Alemanha.
O mapa mostra todo o céu no sistema de coordenadas galáctico, com o centro da nossa própria Galáxia, a Via Láctea, localizado no centro do mapa, e o plano da galáxia – onde residem a maior parte das estrelas – orientado horizontalmente no mapa (note que as estrelas da Via Láctea não estão no mapa). O ritmo da expansão do Universo, indicado em termos da chamada constante de Hubble, é visto em diferentes cores, com tons roxos indicando um ritmo mais lento e os tons laranja/amarelo indicando um ritmo mais rápido.
Crédito: K. Migkas et al. 2020

Os astrónomos assumem há décadas que o Universo está a expandir-se ao mesmo ritmo em todas as direcções. Um novo estudo com base em dados do XMM-Newton da ESA, do Chandra da NASA e dos observatórios de raios-X ROSAT liderados pela Alemanha sugere que esta premissa chave da cosmologia pode estar errada.

Konstantinos Migkas, investigador doutorado em astronomia e astrofísica da Universidade de Bona, Alemanha, e seu supervisor Thomas Reiprich, propuseram-se originalmente a verificar um novo método que permitiria aos astrónomos testar a chamada hipótese de isotropia. De acordo com esta suposição, o Universo possui, apesar de algumas diferenças locais, as mesmas propriedades em cada direcção a larga escala.

Amplamente aceite como uma consequência da bem estabelecida física fundamental, a hipótese tem sido suportada por observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Remanescente directo do Big Bang, esta radiação cósmica de fundo em micro-ondas reflete o estado do Universo na sua infância, com apenas 380.000 anos de idade. A sua distribuição uniforme no céu sugere que naqueles primeiros dias o Universo devia estar a expandir-se rapidamente e ao mesmo ritmo em todas as direcções.

No entanto, no Universo de hoje, isso pode já não ser verdade.

“Juntamente com colegas da Universidade de Bona e da Universidade de Harvard, analisámos o comportamento de mais de 800 enxames de galáxias no Universo actual,” diz Konstantinos. “Se a hipótese de isotropia estivesse correta, as propriedades dos enxames seriam uniformes no céu. Mas na verdade vimos diferenças significativas.”

Os astrónomos usaram medições de temperatura em raios-X do gás extremamente quente que permeia os enxames e compararam os dados com a sua luminosidade no céu. Os enxames da mesma temperatura e localizados a uma distância semelhante devem aparecer igualmente brilhantes. Mas não foi isso que os astrónomos observaram.

“Vimos que os enxames com as mesmas propriedades, com temperaturas idênticas, pareciam menos brilhantes do que o esperado numa direcção do céu, e mais brilhantes do que o esperado noutra direcção,” diz Thomas. “A diferença foi bastante significativa, em torno de 30%. Estas diferenças não são aleatórias, mas têm um padrão claro, dependendo da direcção em que observamos o céu.”

Antes de desafiar o modelo cosmológico amplamente aceite, que fornece a base para estimar as distâncias dos enxames, Konstantinos e colegas examinaram primeiro outras explicações possíveis. Talvez existam nuvens de poeira ou gás por detectar obscurecendo a vista e fazendo com que os enxames de uma determinada área pareçam mais escuros. Os dados, no entanto, não suportam este cenário.

Em algumas regiões do espaço, a distribuição de enxames pode ser afectada por fluxos em massa, movimentos de matéria a larga escala provocados pela atracção gravitacional de estruturas extremamente massivas, como grandes grupos de enxames. Esta hipótese, no entanto, também parece improvável. Konstantinos acrescenta que as descobertas surpreenderam a equipa.

“Caso o Universo seja realmente aniso-trópico, mesmo que apenas nos últimos milhares de milhões de anos, isso significará uma enorme mudança de paradigma, porque a direcção de cada objecto teria que ser levada em consideração na análise das suas propriedades,” explica. “Por exemplo, hoje, estimamos a distância de objectos muito distantes no Universo aplicando um conjunto de equações e parâmetros cosmológicos. Pensamos que estes parâmetros são os mesmos em todos os lugares. Mas se as nossas conclusões estiverem corretas, não seria esse o caso e teríamos que rever todas nossas conclusões anteriores.”

“Este é um resultado extremamente fascinante,” comenta Norbert Schartel, cientista do projecto XMM-Newton da ESA. “Estudos anteriores sugeriram que o Universo actual pode não estar a expandir-se uniformemente em todas as direcções, mas este resultado – a primeira vez que tal teste foi realizado com enxames galácticos em raios-X – tem um significado muito maior e também revela um grande potencial para investigações futuras.”

Os cientistas especulam que este efeito possivelmente desigual na expansão cósmica possa ser causado pela energia escura, o componente misterioso do cosmos que representa a maioria – cerca de 69% – da sua energia total. Actualmente sabemos muito pouco sobre a energia escura, à excepção que parece ter acelerado a expansão do Universo ao longo dos últimos milhares de milhões de anos.

O próximo telescópio da ESA, Euclid, que está desenhado para observar milhares de milhões de galáxias e examinar a expansão do cosmos, a sua aceleração e a natureza da energia escura, pode ajudar a resolver este mistério no futuro.

“As descobertas são realmente interessantes mas a amostra incluída no estudo é ainda relativamente pequena para tirar conclusões tão profundas,” diz René Laureijs, cientista do projecto Euclid na ESA. “É o melhor que se pode fazer com os dados disponíveis, mas se realmente quisermos repensar o modelo cosmológico amplamente aceite, precisamos de mais dados.”

E o Euclid poderá fazer exactamente isso. A nave, com lançamento previsto para 2022, poderá não encontrar somente evidências de que a energia escura está realmente a esticar o Universo de maneira desigual em direcções diferentes, como também permitirá que os cientistas recolham mais dados sobre as propriedades de uma grande quantidade de enxames de galáxias, o que pode apoiar ou refutar as descobertas actuais.

Em breve, mais dados virão também do instrumento eROSITA de raios-X, construído pelo Instituto Max Planck para Física Extraterrestre. O instrumento, a bordo do recém-lançado satélite russo-alemão Spektr-RG, realizará o primeiro levantamento de todo o céu em raios-X de média energia, com foco na descoberta de dezenas de milhares de enxames de galáxias e de núcleos galácticos activos.

Astronomia On-line
14 de Abril de 2020

 

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