Por favor, avalie esta postagem
G299 foi deixada por uma classe específica de supernovas chamada Tipo Ia. Crédito: NASA/CXC/U.Texas
“Com estes resultados do Pantheon+, somos capazes de estabelecer as restrições mais precisas sobre a dinâmica e a história do Universo até à data”, afirma Dillon Brout, Einstein Fellow no Center for Astrophysics | Harvard e Smithsonian. “Examinamos os dados e agora podemos dizer com mais confiança do que nunca como o universo evoluiu ao longo das eras e que as melhores teorias atuais para a energia escura e a matéria escura se mantêm fortes.”
Brout é o autor principal de uma série de artigos que descrevem o novo Análise Panteão+publicado conjuntamente em 19 de outubro em edição especial da O Jornal Astrofísico.
O Pantheon+ baseia-se no maior conjunto de dados deste tipo, compreendendo mais de 1.500 explosões estelares chamadas supernovas Tipo Ia. Essas explosões brilhantes ocorrem quando anã branca estrelas – remanescentes de estrelas como o nosso Sol – acumulam muita massa e sofrem uma reação termonuclear descontrolada. Dado que as supernovas do Tipo Ia ofuscam galáxias inteiras, as detonações estelares podem ser observadas a distâncias superiores a 10 mil milhões de anos-luz, ou até cerca de três quartos da idade total do Universo. Dado que as supernovas brilham com brilhos intrínsecos quase uniformes, os cientistas podem usar o brilho aparente das explosões, que diminui com a distância, juntamente com medições de desvio para o vermelho como marcadores de tempo e espaço. Essa informação, por sua vez, revela a rapidez com que o universo se expande durante diferentes épocas, o que é então usado para testar teorias dos componentes fundamentais do universo.
A descoberta revolucionária em 1998 do crescimento acelerado do universo foi graças a um estudo de supernovas do Tipo Ia dessa maneira. Os cientistas atribuem a expansão a uma energia invisível, portanto chamada de energia escura, inerente à própria estrutura do universo. As décadas subsequentes de trabalho continuaram a compilar conjuntos de dados cada vez maiores, revelando supernovas numa gama ainda mais ampla de espaço e tempo, e o Pantheon+ reuniu-os agora na análise estatisticamente mais robusta até à data.
“Em muitos aspectos, esta última análise do Pantheon+ é o culminar de mais de duas décadas de esforços diligentes de observadores e teóricos de todo o mundo para decifrar a essência do cosmos”, afirma Adam Riess, um dos vencedores do Prémio Nobel de 2011 em Física pela descoberta da expansão acelerada do universo e do Distinguished Professor Bloomberg da Universidade Johns Hopkins (JHU) e do Space Telescope Science Institute em Baltimore, Maryland. Riess também é ex-aluno da Universidade de Harvard, com doutorado em astrofísica.
“Com este conjunto de dados Pantheon+ combinado, obtemos uma visão precisa do universo desde o momento em que era dominado pela matéria escura até quando o universo foi dominado pela energia escura.” – Dillon Brout
A carreira de Brout em cosmologia remonta aos seus anos de graduação na JHU, onde foi ensinado e orientado por Riess. Lá, Brout trabalhou com Dan Scolnic, então estudante de doutorado e orientador de Riess, que agora é professor assistente de física na Duke University e outro coautor da nova série de artigos.
Há vários anos, Scolnic desenvolveu a análise original do Panteão de aproximadamente 1.000 supernovas.
Agora, Brout e Scolnic e a sua nova equipa Pantheon+ adicionaram cerca de 50% mais pontos de dados de supernovas no Pantheon+, juntamente com melhorias nas técnicas de análise e na abordagem de potenciais fontes de erro, o que acabou por produzir o dobro da precisão do Pantheon original.
“Este salto na qualidade do conjunto de dados e na nossa compreensão da física que o sustenta não teria sido possível sem uma excelente equipe de estudantes e colaboradores trabalhando diligentemente para melhorar todas as facetas da análise”, diz Brout.
Tomando os dados como um todo, a nova análise afirma que 66,2% do universo se manifesta como energia escura, sendo os restantes 33,8% uma combinação de matéria escura e matéria. Para chegar a uma compreensão ainda mais abrangente dos componentes constituintes do universo em diferentes épocas, Brout e colegas combinaram o Pantheon+ com outras medidas fortemente evidenciadas, independentes e complementares da estrutura em grande escala do universo e com medições da luz mais antiga em o universo, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
“Com estes resultados do Pantheon+, somos capazes de estabelecer as restrições mais precisas sobre a dinâmica e a história do universo até à data.” – Dillon Brout
Outro resultado importante do Pantheon+ está relacionado com um dos objetivos primordiais da cosmologia moderna: determinar a atual taxa de expansão do universo, conhecida como constante de Hubble. Reunir a amostra Pantheon+ com dados da colaboração SH0ES (Supernova H0 para a Equação de Estado), liderada por Riess, resulta na medição local mais rigorosa da atual taxa de expansão do universo.
Pantheon+ e SH0ES juntos encontram uma constante de Hubble de 73,4 quilômetros por segundo por megaparsec com apenas 1,3% de incerteza. Dito de outra forma, para cada megaparsec, ou 3,26 milhões de anos-luz, a análise estima que, no universo próximo, o próprio espaço está a expandir-se a mais de 260.000 quilómetros por hora.
No entanto, observações de uma época totalmente diferente da história do universo predizem uma história diferente. As medições da luz mais antiga do universo, a radiação cósmica de fundo, quando combinadas com o atual Modelo Padrão de Cosmologia, fixam consistentemente a constante de Hubble a uma taxa que é significativamente menor do que as observações feitas através de supernovas do Tipo Ia e outros marcadores astrofísicos. Esta discrepância considerável entre as duas metodologias foi denominada tensão de Hubble.
Os novos conjuntos de dados Pantheon+ e SH0ES aumentam esta tensão do Hubble. Na verdade, a tensão ultrapassou agora o importante limiar de 5 sigma (cerca de uma probabilidade num milhão de surgir devido ao acaso) que os físicos utilizam para distinguir entre possíveis acasos estatísticos e algo que deve ser entendido em conformidade. Alcançar este novo nível estatístico destaca o desafio tanto para os teóricos como para os astrofísicos de tentarem explicar a discrepância constante do Hubble.
“Pensamos que seria possível encontrar pistas para uma nova solução para estes problemas no nosso conjunto de dados, mas em vez disso descobrimos que os nossos dados excluem muitas destas opções e que as profundas discrepâncias permanecem tão teimosas como sempre”, diz Brout. .
Os resultados do Pantheon+ podem ajudar a apontar onde está a solução para a tensão do Hubble. “Muitas teorias recentes começaram a apontar para uma nova física exótica no Universo muito primitivo, no entanto, tais teorias não verificadas devem resistir ao processo científico e a tensão do Hubble continua a ser um grande desafio,” diz Brout.
No geral, o Pantheon+ oferece aos cientistas uma visão abrangente de grande parte da história cósmica. As supernovas mais antigas e mais distantes do conjunto de dados brilham a 10,7 mil milhões de anos-luz de distância, ou seja, a partir de quando o Universo tinha cerca de um quarto da sua idade atual. Naquela era anterior, a matéria escura e a gravidade associada mantinham a taxa de expansão do universo sob controle. Este estado de coisas mudou dramaticamente ao longo dos milhares de milhões de anos seguintes, à medida que a influência da energia escura sobrepujou a da matéria escura. Desde então, a energia escura tem separado o conteúdo do cosmos cada vez mais e a uma taxa cada vez maior.
“Com este conjunto de dados Pantheon+ combinado, obtemos uma visão precisa do universo desde o momento em que era dominado pela matéria escura até quando o universo foi dominado pela energia escura”, diz Brout. “Este conjunto de dados é uma oportunidade única para ver a energia escura ativar-se e impulsionar a evolução do cosmos nas maiores escalas até ao presente.”
Estudar esta mudança agora com evidências estatísticas ainda mais fortes levará, esperançosamente, a novos insights sobre a natureza enigmática da energia escura.
“O Pantheon+ está nos dando a melhor chance até o momento de restringir a energia escura, suas origens e sua evolução”, diz Brout.
Referência: “The Pantheon+ Analysis: Cosmological Constraints” por Dillon Brout, Dan Scolnic, Brodie Popovic, Adam G. Riess, Anthony Carr, Joe Zuntz, Rick Kessler, Tamara M. Davis, Samuel Hinton, David Jones, W. D'Arcy Kenworthy, Erik R. Peterson, Khaled Said, Georgie Taylor, Noor Ali, Patrick Armstrong, Pranav Charvu, Arianna Dwomoh, Cole Meldorf, Antonella Palmese, Helen Qu, Benjamin M. Rose, Bruno Sanchez, Christopher W. Stubbs, Maria Vincenzi, Charlotte M. Wood, Peter J. Brown, Rebecca Chen, Ken Chambers, David A. Coulter, Mi Dai, Georgios Dimitriadis, Alexei V. Filippenko, Ryan J. Foley, Saurabh W. Jha, Lisa Kelsey, Robert P. Kirshner, Anais Möller, Jessie Muir, Seshadri Nadathur, Yen-Chen Pan, Armin Rest, Cesar Rojas-Bravo, Masao Sako, Matthew R. Siebert, Mat Smith, Benjamin E. Stahl e Phil Wiseman, 19 de outubro de 2022, O Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac8e04