O enigma da expansão do Universo

Na semana de seu aniversário, o telescópio espacial Hubble trouxe novas informações sobre o processo de expansão do nosso Universo. Novos dados mostram que a taxa de expansão do Universo mudou desde o Big Bang e ainda falta uma nova teoria física para explicar esse processo.

Imagem comemorativa do 29º aniversário do telescópio espacial Hubble. Nebulosa do Caranguejo do Sul (Hen 2-104), localizada na constelação Centauros. Créditos:NASA, ESA, e STScI em HubbleSite.org.

O telescópio espacial Hubble* completou 29 anos dia 19 de Abril, e junto com as comemorações foi anunciada uma nova descoberta sobre o nosso Universo. Sabemos que o Universo está se expandindo, mas existe uma diferença intrigante entre as taxas de expansão do Universo atual e do Universo primordial (ou "mais jovem"). Novos dados do Hubble mostram que essa discrepância não pode mais ser considerada incerteza ou acaso, mas sim um indicativo da falta de uma teoria física que explique o próprio processo de expansão.

Nosso Universo fica maior a cada segundo, mas como quão rápido é esse processo? Existem dois métodos usados para medir a taxa de expansão, conhecida também como Constante de Hubble. Felipe Navarete, pesquisador do IAG da USP, explica que o primeiro método, considerado "clássico", se baseia na distâncias entre os corpos celestes, com medições feitas pelo Hubble. O segundo, usa estimativas calculadas a partir de observações do satélite Planck da Agência Espacial Europeia (ESA), que mapeia a chamada Radiação Cósmica de Fundo em microondas, relíquias dos "primeiros instantes" do Universo, de apenas 380 mil anos após o Big Bang.

Os dados do Hubble sugerem que o Universo está se expandindo mais rapidamente do que o esperado pelas estimativas do Planck. Essa discrepância tem sido identificada em artigos científicos durante os últimos anos, mas ainda não estava claro se ela era fruto da diferença nas técnicas de medição, do acaso ou de erros nas medidas. Isso porque o método usado pelo Hubble exige uma medida muito acurada das distâncias para ser confiável.

Mosaico de imagens produzido pelas observações do Hubble da Galáxia do Triângulo (M33). Créditos: NASA, ESA, and M. Durbin, J. Dalcanton, and B.F. Williams (University of Washington) em HubbleSite.org

No entanto, os últimos dados obtidos pelo Hubble reduziram muito a possibilidade de que a discrepância entre as medidas seja apenas uma casualidade. Nesse novo estudo, os astrônomos usaram medidas do Hubble para reconstruir a escalada de distância, reduzindo o erro da Constante de Hubble de 2,2% para 1,9%. Mesmo após essa melhora na precisão, a discrepância entre as taxas permanece.

Ambas medidas foram testadas múltiplas vezes de várias maneiras. "Isso não é só um desacordo entre dois experimentos", explica Adam Riess, astrofísico líder desse estudo e ganhador do Nobel de Física (2011). "Nós estamos medindo coisas fundamentalmente diferentes. Uma é a medida de quão rápido o universo está se expandindo hoje. A outra é uma previsão baseada na física do universo mais jovem e representa o quão rápido ele deveria se expandir. Se esses valores não concordam, isso deixa bem claro que estamos perdendo alguma coisa nos modelos cosmológicos que conectam essas duas épocas."

Uma possível explicação envolve a aparição não esperada da energia escura no Universo jovem, que poderia ter acelerado a expansão do universo logo após o Big Bang. Outra explicação seria a existência de uma nova partícula subatômica no universo, que viaja a uma velocidade próxima à da luz. Tais partículas, chamadas de "radiação negra", incluem os neutrinos, que são criados em reações nucleares e decaimentos radiativos. Uma última possibilidade levantada é que a matéria escura tem uma interação maior com a matéria normal ou radiação do que previsto anteriormente. No entanto, a verdadeira explicação continua um mistério.

*O telescópio espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a Agência Espacial dos Estados Unidos (NASA) e a ESA.