Ondas gravitacionais podem resolver célebre mistério cósmico

R. Hurt / Caltech-JPL

Impressão artística de duas estrelas de neutrões a fundir-se e a libertar ondas gravitacionais

A análise das ondulações no espaço-tempo, criadas por pares de estrelas mortas, pode resolver em breve um mistério cósmico em torno da rapidez com que o Universo se está a expandir.

De acordo com os cientistas, este é o veredito do mais recente estudo, publicado na Physical Review Letters, que pode também lançar luzes sobre o destino final do Universo.

O cosmos continua em expansão desde o seu nascimento, há cerca de 13,8 mil milhões de anos. Através da medição da taxa atual de expansão do Universo, conhecida como a constante de Hubble, os cientistas podem deduzir a idade do cosmos e os detalhes de seu estado atual.

Além disso, os cientistas podem também usar esse número para tentar adivinhar o destino do Universo: se continuará a crescer para sempre, se entrará em colapso ou se irá romper completamente.

Para medir a constante de Hubble, os cientistas usam dois métodos primários. O primeiro baseia-se em monitorizar objetos próximos cujas propriedades os cientistas conhecem bem, como explosões estelares (supernovas) e estrelas pulsantes (​​cefeidas), com o objetivo de estimar as suas distâncias e deduzir a taxa de expansão do Universo.

Por sua vez, o segundo método centra as atenções nas microondas cósmicas, a radiação remanescente do Big Bang, e examina de que forma o Universo mudou ao longo do tempo para, desta forma, calcular a rapidez com que o cosmos se expandiu.

O problema é que este par de técnicas produziu dois resultados diferentes para o valor da constante de Hubble.

Enquanto que os dados das supernovas e cefeidas sugerem uma taxa de cerca de 73 quilómetros por segundo por 3,26 milhões de anos-luz, a teoria das microondas cósmicas sugere que o Universo está a atualmente a expandir-se a uma taxa de 67 quilómetros por segundo por 3,26 milhões de anos-luz.

Esta discrepância de valores sugere que o modelo cosmológico padrão poderia estar errado. Resolver este debate – conhecido como o conflito da constante de Hubble -, poderia não só lançar luzes sobre a evolução do Universo, como também clarificar o destino final do cosmos.

No mais recente estudo, os físicos sugerem que os dados futuros das ondulações no espaço-tempo (conhecidas como ondas gravitacionais) podem ajudar a romper esta incógnita.

“O conflito da constante Hubble – a maior prova que temos de que nosso modelo do Universo está incompleto – pode ser resolvido em cinco a dez anos“, disse Stephen Feeney, astrofísico do Flatiron Institute, em Nova York, Estados Unidos.

De acordo com a teoria da relatividade geral de Einstein, a gravidade é o resultado de como a massa distorce o espaço-tempo. Quando qualquer objeto com massa se move, ele deve produzir ondas gravitacionais que se movem à velocidade da luz, alongando e comprimindo o espaço-tempo.

As ondas gravitacionais são extraordinariamente fracas, sendo que, só em 2016, os cientistas detetaram a primeira evidência direta da sua existência.

Segundo o Live Science, em 2017, os cientistas detetaram ondas gravitacionais resultantes de colisões de estrelas de neutrões, remanescentes de estrelas que morreram em explosões catastróficas conhecidas como supernovas. Se os restos de uma estrela não são suficientemente grandes para se tornarem em buracos negros, eles provavelmente vão acabar como uma estrela de neutrões.

Ao contrário dos buracos negros, as estrelas de neutrões emitem luz visível. As ondas gravitacionais resultantes dessas fusões, apelidadas de “sirenes padrão“, ajudarão os cientistas a identificar a sua distância em relação à Terra, enquanto a luz dessas colisões ajudará a determinar a velocidade com que elas se movem.

Estes dois dados vão permitir aos cientistas calcular a constante de Hubble. Segundo Feeney, analisar falhas entre cerca de 50 pares de estrelas de neutrões nos próximos cinco a 10 anos pode render dados suficientes para determinar a melhor medida da constante de Hubble.

Ainda assim, esse cálculo depende de quantas colisões de estrelas de neutrões irão ocorrer. “Há uma incerteza considerável na taxa de fusões de estrelas de neutrões – afinal, só vimos uma até hoje“, concluiu Feeney.