A contabilidade mais precisa de energia escura e matéria escura

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A contabilidade mais precisa de energia escura e matéria
escura
O G299 foi deixado por uma classe particular de supernovas chamadas Tipo Ia.
Os astrofísicos realizaram uma nova e poderosa análise que coloca os limites mais precisos até agora
na composição e evolução do universo. Com essa análise, apelidada de Panteão +, os cosmólogos se
encontram em uma encruzilhada.
Panteão + convincentemente descobre que o cosmos é composto de cerca de dois terços de energia
escura e um terço de matéria - principalmente na forma de matéria escura - e está se expandindo a um
ritmo acelerado ao longo dos últimos bilhões de anos. No entanto, o Pantheon+ também cimenta um
grande desacordo sobre o ritmo dessa expansão que ainda precisa ser resolvida.
Ao colocar as teorias cosmológicas modernas prevalecentes, conhecidas como o Modelo Padrão da
Cosmologia, em uma base probatória e estatística ainda mais firmes, o Panteão + fecha ainda mais a
porta em estruturas alternativas que contabilizam a energia escura e a matéria escura. Ambos são
alicerces do Modelo Padrão da Cosmologia, mas ainda precisam ser detectados diretamente e se
classificar entre os maiores mistérios do modelo. Seguindo os resultados do Pantheon +, os
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pesquisadores agora podem realizar testes observacionais mais precisos e aprimorar explicações para o
cosmos ostensivo.
“Com esses resultados do Pantheon+, somos capazes de colocar as restrições mais precisas sobre a
dinâmica e a história do universo até hoje”, diz Dillon Brout, Einstein Fellow no Centro de Astrofísica |
Harvard & Smithsonian. “Nós vasculhamos 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 principal autor de uma série de artigos descrevendo a nova análise do Panteão +, publicada
em conjunto hoje em uma edição especial do The Astrophysical Journal.
O Pantheon+ é baseado no maior conjunto de dados de seu tipo, compreendendo mais de 1.500
explosões estelares chamadas supernovas Tipo Ia. Essas explosões brilhantes ocorrem quando estrelas
anãs brancas – remanescentes de estrelas como o nosso Sol – acumulam muita massa e sofrem uma
reação termonuclear descontrolada. Como as supernovas do Tipo Ia ofuscam galáxias inteiras, as
detonações estelares podem ser vislumbradas a distâncias superiores a 10 bilhões de anos-luz, ou de
volta a 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 do desvio para o vermelho como marcadores de tempo e espaço.
Essa informação, por sua vez, revela quão rápido o universo se expande durante diferentes épocas, que
é então usado para testar teorias dos componentes fundamentais do universo.
A descoberta inovadora em 1998 do crescimento acelerado do universo foi graças a um estudo das
supernovas do Tipo Ia desta maneira. Os cientistas atribuem a expansão a uma energia invisível,
portanto, admoestou a energia escura, inerente ao tecido do próprio universo. De décadas subsequentes
de trabalho continuaram a compilar conjuntos de dados cada vez maiores, revelando supernovas em
uma faixa ainda maior de espaço e tempo, e o Pantheon + agora as reuniu na análise mais
estatisticamente robusta até o momento.
“De muitas maneiras, esta última análise do Pantheon + é o culminar de mais de duas décadas de
esforços diligentes de observadores e teóricos em todo o mundo em decifrar a essência do cosmos”, diz
Adam Riess, um dos vencedores do Prêmio Nobel de Física de 2011 pela descoberta da expansão
acelerada do universo e do Bloomberg Distinguished Professor da Universidade Johns Hopkins (JHU) e
do Space Telescope Science Institute em Baltimore. Riess também é um ex-aluno da Universidade de
Harvard, com um PhD em astrofísica.
A própria carreira de Brout em cosmologia remonta aos seus anos de graduação na JHU, onde foi
ensinado e aconselhado por Riess. Lá Brout trabalhou com o então estudante de PhD e Riess-advisee
Dan Scolnic, que agora é professor assistente de física na Duke University e outro co-autor sobre a nova
série de artigos.
Vários anos atrás, Scolnic desenvolveu a análise original do Panteão de aproximadamente 1.000
supernovas.
Agora, Brout e Scolnic e sua nova equipe do Panteão + adicionaram cerca de 50% mais pontos de
dados de supernovas no Panteão +, juntamente com melhorias nas técnicas de análise e abordando
https://cfa.harvard.edu/people/dillon-brout
https://cfa.harvard.edu/
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac8e04
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possíveis fontes de erro, o que acabou por produzir o dobro da precisão do Panteão original.
“Esse salto tanto na qualidade do conjunto de dados quanto em nossa compreensão da física que
sustenta não teria sido possível sem que uma equipe estelar de estudantes e colaboradores trabalhasse
diligentemente para melhorar cada faceta da análise”, diz Brout.
Tomando os dados como um todo, a nova análise sustenta que 66,2% do universo se manifesta como
energia escura, com os 33,8% restantes sendo 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 seus colegas combinaram o Panteão + com outras medidas fortemente
evidenciadas, independentes e complementares da estrutura em larga escala do universo e com
medições da mais antiga luz do universo, a origem cósmica de fundo de microondas.
Outro resultado chave do Panteão + refere-se a um dos objetivos primordiais da cosmologia moderna:
atingir a taxa de expansão atual do universo, conhecida como a constante de Hubble. Reunir a amostra
Pantheon+ com dados da colaboração SH0ES (Supernova H0 para a Equação de Estado), liderada pela
Riess, resulta na medição local mais rigorosa da taxa de expansão atual do universo.
Panteão + e SH0ES juntos encontram uma constante de Hubble de 73,4 quilômetros por segundo por
megaparsec, com apenas 1,3% de incerteza. Declare outro caminho, para cada megaparsec, ou 3,26
milhões de anos-luz, a análise estima que, no universo próximo, o próprio espaço está se expandindo a
mais de 160.000 milhas por hora.
No entanto, observações de uma época completamente diferente da história do universo predizem uma
história diferente. Medições da luz mais antiga do universo, o fundo cósmico de microondas, quando
combinado com o atual Modelo Padrão de Cosmologia, atreve 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 essa tensão do Hubble. De fato, a tensão
passou agora pelo importante limite de 5sigma (sobre uma em um milhão de chances de surgir devido
ao acaso) que os físicos usam para distinguir entre possíveis acasos estatísticos e algo que deve ser
entendido. Alcançar este novo nível estatístico destaca o desafio para os teóricos e astrofísicos tentarem
explicar a discrepância constante de Hubble.
“Pensamos que seria possível encontrar pistas para uma nova solução para esses problemas em nosso
conjunto de dados, mas, em vez disso, estamos descobrindo que nossos dados descartam muitas
dessas opções e que as profundas discrepâncias permanecem mais teimosas do que nunca”, diz Brout.
Os resultados do Panteão + podem ajudar a apontar para onde está a solução para a tensão do Hubble.
“Muitas teorias recentes começaram a apontar para a nova física exótica no universo primitivo, no
entanto, essas teorias não verificadas devem suportar o processo científico e a tensão de Hubble
continua a ser um grande desafio”, diz Brout.
No geral, Pantheon + oferece aos cientistas um lookback abrangente através de grande parte da história
cósmica. Assupernovas mais antigas e distantes no conjunto de dados brilham a partir de 10,7 bilhões
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de anos-luz de distância, o que significa que o universo estava a cerca de um quarto de sua idade atual.
Naquela época anterior, a matéria escura e sua gravidade associada mantinham a taxa de expansão do
universo sob controle. Tal estado de coisas mudou dramaticamente ao longo dos próximos bilhões de
anos como a influência da energia escura dominou a da matéria escura. A energia escura, desde então,
arremessou o conteúdo do cosmos cada vez mais distante e a uma taxa cada vez maior.
“Com este conjunto de dados combinado Pantheon +, temos uma visão precisa do universo desde o
momento em que foi dominado pela matéria escura até quando o universo se tornou dominado pela
energia escura”, diz Brout. “Este conjunto de dados é uma oportunidade única para ver a energia escura
ligar e impulsionar a evolução do cosmos na maior escalada através do tempo presente.”
Estudar essa mudança agora com evidências estatísticas ainda mais fortes levará a novos insights sobre
a natureza enigmática da energia escura.
“O Pantheon+ está nos dando nossa melhor chance até hoje de restringir a energia escura, suas origens
e sua evolução”, diz Brout.
O material neste comunicado de imprensa vem da organização de pesquisa de origem. O conteúdo
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