- O James Webb Space Telescope da NASA/ESA/CSA reconfirmou a medição da taxa de expansão do Universo feita pelo Hubble Space Telescope, reduzindo as dúvidas que ainda restavam sobre os valores obtidos anteriormente pelo Hubble
- A Hubble constant, que representa a taxa de expansão do Universo, é um parâmetro fundamental para entender a evolução e o destino final do cosmos, e ainda persiste a Hubble Tension entre os valores observados e os valores previstos com base no brilho remanescente do Big Bang
- A imagem de NGC 5468, localizada a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra, foi composta combinando dados dos telescópios espaciais Hubble e James Webb
- O Hubble identificou Cepheid variable stars em NGC 5468, e essa é a galáxia mais distante em que o Hubble confirmou variáveis Cefeidas
- As medições de distância baseadas em Cefeidas foram validadas por cruzamento com uma Type Ia supernova na mesma galáxia, e as supernovas do Tipo Ia ampliam esse alcance para distâncias cósmicas ainda maiores e para a medição da taxa de expansão
A taxa de expansão do Universo e a Hubble Tension
- A Hubble constant indica a velocidade com que o Universo está se expandindo e é um dos parâmetros básicos usados para entender sua evolução e seu destino final
- Existe uma diferença persistente entre o valor da Hubble constant medido por vários indicadores independentes de distância e o valor previsto a partir do brilho remanescente do Big Bang
- Essa diferença é chamada de Hubble Tension
A reconfirmação das medições do Hubble por Webb
- O James Webb Space Telescope da NASA/ESA/CSA confirmou que a medição da taxa de expansão do Universo feita pelo Hubble Space Telescope estava correta
- Com esse resultado, desapareceram as dúvidas que ainda restavam sobre os valores medidos pelo Hubble
A imagem de observação de NGC 5468
- O alvo observado é a galáxia NGC 5468, localizada a cerca de 130 milhões de anos-luz da Terra
- A imagem foi criada combinando dados dos telescópios espaciais Hubble e James Webb
- NGC 5468 é a galáxia mais distante em que o Hubble identificou Cepheid variable stars
A escada de distâncias: Cefeidas e supernovas do Tipo Ia
- As Cepheid variable stars são usadas como marcadores de distância importantes para medir a taxa de expansão do Universo
- As distâncias calculadas com Cefeidas foram validadas por cruzamento com uma Type Ia supernova dentro de NGC 5468
- As supernovas do Tipo Ia são extremamente brilhantes e são usadas para medir distâncias cósmicas além do alcance das Cefeidas
- Dessa forma, é possível estender a medição da taxa de expansão do Universo para regiões mais profundas do cosmos
A estrutura da galáxia mostrada na imagem
- Uma galáxia espiral vista de frente ocupa o centro da imagem
- Quatro braços espirais se curvam para fora em sentido anti-horário
- Nos braços espirais há estrelas jovens e azuis, e regiões de formação estelar com tons arroxeados aparecem espalhadas como pequenas manchas
- O centro da galáxia é mais brilhante e amarelado, com uma estrutura de barra estreita e linear claramente visível, inclinada da posição de 11 horas para a posição de 5 horas
- No fundo negro do espaço, várias galáxias vermelhas de fundo estão espalhadas
1 comentários
Opiniões do Hacker News
A escada de distância cósmica mencionada no artigo é um dos meus temas favoritos na ciência
Não é nada simples saber a distância até corpos celestes muito distantes, e a história disso é fascinante
O ponto de partida foi a distância entre a Terra e o Sol, e ninguém a conhecia direito até Richer e Cassini chegarem a uma margem de menos de 10% em 1672. Depois, ela ficou mais precisa em 1769, na viagem de James Cook ao Tahiti, observando o trânsito de Vênus a partir do lado oposto da Terra
Em seguida, usando geometria básica, é possível observar a paralaxe, o pequeno deslocamento das estrelas próximas conforme a Terra orbita o Sol, mas esse método só funciona até cerca de 10 mil anos-luz
Mais tarde, foram descobertos métodos astrofísicos incrivelmente convenientes, como as variáveis cefeidas (Henrietta Swan Leavitt, 1908) e as supernovas do tipo Ia (Subrahmanyan Chandrasekhar, 1935), permitindo subir mais alguns degraus da escada; em distâncias maiores, a relação entre desvio para o vermelho e distância passa a ser importante, estendendo-se até a borda do universo
https://www.uwa.edu.au/science/-/media/Faculties/Science/Doc...
O valor real é cerca de 400 vezes, mas, considerando que ele não tinha lentes nem pi, e que o geocentrismo foi a visão estabelecida por 1.800 anos após sua morte, é impressionante
https://en.wikipedia.org/wiki/Aristarchus_of_Samos#Distance_...
O vídeo de Terence Tao sobre a escada de distância cósmica também é bom: https://www.youtube.com/watch?v=7ne0GArfeMs
Por isso, o nome do ônibus espacial também usa a grafia britânica, e o módulo de comando da Apollo 15 tem a mesma origem no nome. A SpaceX Crew Dragon que chegou à ISS na semana passada também se chama Endeavour, seguindo o ônibus espacial
O ônibus espacial Endeavour está no California Science Center e, recentemente, foi “stacked” junto com o tanque externo de combustível e os propulsores; deve levar alguns anos até que seja possível chegar perto dele de novo. Era muito mais legal quando dava para passar caminhando bem embaixo dele
O Hubble foi lançado com o campo de visão comprometido por um erro de fabricação no espelho, e a missão STS-61 do Endeavour corrigiu isso em 1993
Por exemplo, queria ler sobre coisas como qual era a astronomia de ponta por volta de 1350; se alguém tiver recomendações, tenho muito interesse
Imagino que os cientistas envolvidos conheçam e considerem os erros de cada etapa, mas gostaria de ver uma análise que decomponha isso. No começo eu pensei que a incerteza seria grande por causa das variáveis cefeidas, mas não sei bem o quanto isso é controlado na prática
https://www.youtube.com/watch?v=FGwmAEMabm4&t=1
Para resumir brevemente o contexto deste tema: há pelo menos duas maneiras de descobrir a constante de Hubble, a taxa de expansão do Universo
Uma delas é inferir a taxa de expansão atual usando as flutuações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB), originadas de certas condições do Universo primordial; a outra é calculá-la observando as distâncias de galáxias muito distantes e a velocidade com que elas se afastam de nós
Em teoria, as duas deveriam dar o mesmo valor. No começo, os resultados dos dois métodos eram diferentes, mas as barras de erro eram grandes e se sobrepunham, então se esperava que, com mais precisão, convergissem para um valor comum
Porém, as medições da CMB chegaram a 67 ± 0,5, enquanto o método de distância/velocidade de galáxias chegou a 73 ± 1, e os intervalos não se sobrepõem. Essa discrepância é a tensão de Hubble, um dos problemas mais espinhosos da cosmologia
As explicações possíveis são erro na medição das flutuações da CMB, erro na medição das distâncias ou velocidades de galáxias distantes, ou algo que esteja faltando na nossa compreensão da física. O resultado agora acrescentou dados do James Webb, que observa em comprimentos de onda diferentes dos do Hubble, e eles batem bem com as medições do Hubble
Mas isso não resolveu a tensão de Hubble. Em vez disso, praticamente elimina a suspeita de que o resultado do lado das galáxias distantes se deva a erros de medição do Hubble. Se considerarmos que as medições da CMB também são bastante confiáveis, agora é mais provável interpretar o caso não como um problema de medição, mas como física mal compreendida ou física nova a ser descoberta
Ao normalizar os dados do Hubble pelo fator de Lorentz, volta a aparecer uma taxa de expansão constante: https://www.desmos.com/calculator/llhnja1ocb
Hubble era muito cauteloso ao aplicar o efeito Doppler às galáxias e se opunha a interpretar o desvio para o vermelho como velocidade de recessão. Em 1953, no ano anterior à morte de ambos, ele também convenceu Robert Millikan de que a interpretação do desvio para o vermelho como expansão do Universo provavelmente estava errada
No fim do livro Observational Approach to Cosmology[+], Hubble escreveu: “Ao descartar o fator de recessão, se os desvios para o vermelho não forem principalmente deslocamentos de velocidade, o quadro é simples e plausível. Não há evidência de expansão, nem restrição na escala de tempo, nem traço de curvatura espacial, nem limite para as dimensões do espaço…”
[+] https://ned.ipac.caltech.edu/level5/Sept04/Hubble/paper.pdf
Fonte: https://plasmauniverse.info/people/contributors.html
Dizem que, numericamente, ela bate mais ou menos, e seu principal defensor parece querer usá-la para justificar um modelo de Universo cíclico. Se entendi corretamente, ela também parece compatível com um Big Bang padrão que tenha uma escala de tempo mais longa, isto é, de expansão das galáxias
De qualquer forma, a física também precisa explicar o que aconteceu com essa radiação de corpo negro
Isso deveria ter sido deixado claro logo no título ou no resumo. O original usa formulações como “Webb & Hubble confirm Universe’s expansion rate” e “confirmou-se que o olhar aguçado do Hubble continuava correto, eliminando a dúvida remanescente sobre a medição do Hubble”, o que faz parecer que o problema foi resolvido
Um título mais preciso teria sido algo como “Webb confirmou as medições do Hubble da taxa de expansão do Universo”, mas provavelmente teria sido menos interessante
Por um tempo, havia a expectativa de que a explicação mais simples para resolver a tensão de Hubble fosse que as medições do telescópio Hubble estivessem erradas
Mas não foi o caso; em vez disso, o mistério ficou ainda mais profundo. Não sei ao certo, mas a estimativa do Hubble parece ter sido amplamente aceita há bastante tempo, e desde que comecei a estudar esse tema em nível de divulgação eu venho usando 13,8 bilhões de anos como a idade do Universo
https://en.wikipedia.org/wiki/Hubble%27s_law#Determining_the...
Legenda: “Valores da constante de Hubble ((km/s)/Mpc), incluindo as incertezas de medição de observações recentes[54]”
Os resultados iniciais do WMAP em 2003 apoiavam 13,7 bilhões de anos, e resultados posteriores elevaram isso um pouco para 13,8 bilhões de anos. Claro, todos os resultados têm barras de erro
Já perguntei isso antes, mas acho que não recebi uma boa resposta, então queria perguntar de novo.
Como sabemos que as galáxias estão se afastando de nós com aceleração? Muitas vezes se diz que a observação de que galáxias mais distantes parecem se afastar mais rápido implica aceleração.
Mas a mesma observação não poderia ocorrer mesmo sem aceleração? Se objetos no universo estivessem se movendo em direções e velocidades aleatórias em relação à Terra, depois de tempo suficiente até objetos que inicialmente vinham em nossa direção poderiam parecer todos se afastar. E é natural, pela própria definição de velocidade, que os objetos que se moveram mais rápido sejam os que estão mais distantes.
Em suma, mesmo que as galáxias não acelerem, poderíamos ver que quanto mais distante a galáxia, mais rápido ela recua.
O método que temos para medir a velocidade de uma galáxia parece ser, na prática, apenas o desvio para o vermelho. Triangular distâncias tão grandes é impossível, e as escalas de tempo também são uma barreira, então não há como confirmar por outro método os cálculos baseados no desvio para o vermelho.
Se o desvio para o vermelho for causado por outro efeito, por exemplo algum tipo de “degradação” da luz ao atravessar o vazio por milhões de anos, todos os cálculos ficam invalidados.
Já perguntei várias vezes, mas as respostas em geral foram algo como “não conhecemos outro motivo para a luz sofrer desvio para o vermelho” ou “o arcabouço teórico atual é consistente”. Mesmo sem outra medição para verificar essa consistência.
A teoria da expansão relacionada ao Big Bang previa que galáxias muito distantes, por serem mais jovens, teriam composição diferente, mas essa previsão parece estar falhando. Ainda assim, conforme os instrumentos de observação avançarem, talvez possam dar respostas mais precisas no futuro.
Antes disso, elas já se afastavam, mas a velocidade não aumentava; diminuía, ou seja, era uma expansão desacelerada.
A observação de que galáxias mais distantes parecem se afastar mais rápido nos diz que o universo está se expandindo, mas, por si só, não informa se essa expansão é acelerada, desacelerada ou nenhuma das duas.
Para ver como a taxa de expansão muda ao longo do tempo, compara-se a relação entre três valores observados em cada galáxia: desvio para o vermelho, brilho e tamanho angular. Cosmólogos modelam a história da expansão do universo com essa relação e concluem que, nos últimos bilhões de anos, houve expansão acelerada, enquanto antes houve desaceleração.
No cenário de objetos com direções e velocidades aleatórias, a distância média entre objetos no universo inteiro deveria resultar, em geral, em algo estático. Afinal, haveria infinitos objetos vindo de pontos infinitamente distantes, então sempre deveria haver objetos por perto.
Talvez você esteja imaginando uma situação em que colocamos objetos dentro de uma caixa, damos vetores aleatórios a eles e depois removemos a caixa. Então todos sairiam dos limites originais da caixa e se afastariam uns dos outros, mas o universo não funciona dessa forma.
A principal evidência de que o espaço se expande é que medimos a velocidade dos objetos que se afastam pelo desvio para o vermelho. Objetos à mesma distância da Terra, mas em lados opostos do espaço, afastam-se a velocidades medidas quase iguais.
Praticamente não há teoria existente, além da expansão do espaço, que explique as observações atuais. Não acho que entendamos tudo, mas, nessa medição específica, quase não há margem para dúvida. O espaço está se expandindo e, como resultado, surge o efeito de todos os objetos se afastarem proporcionalmente à distância.
Não há motivo para acreditar que, em grande escala, as galáxias se movam em direções e velocidades aleatórias de forma suficiente para explicar o desvio para o vermelho que chamamos de expansão do universo.
Se a explicação proposta estivesse correta, também deveríamos ver galáxias muito distantes movendo-se muito lentamente em nossa direção, e galáxias próximas extremamente rápidas poderiam ter se originado de muito longe. Objetos teriam de entrar vindos de fora do nosso universo local, mas isso não acontece.
Dentro do superaglomerado, a gravidade vence a expansão do espaço-tempo e nos mantém ligados, pelo menos por enquanto.
A Dra. Becky tratou, em um vídeo de um ano atrás, do problema em que os dois principais métodos para medir a taxa de expansão — a radiação cósmica de fundo em micro-ondas e medições com supernovas — produzem resultados diferentes.
Quanto mais aumenta a precisão de cada método, mais os resultados finais acabam divergindo.
[0] 'theJWST just made the "Crisis in Cosmology" WORSE'
https://www.youtube.com/watch?v=hps-HfpL1vc&t=858s
Pessoalmente, acho que a teoria da luz cansada explica melhor os fatos, mas como exigiria uma mudança de paradigma, haverá muita resistência até a revolução.
Mesmo que o título tenha sido tirado diretamente do artigo, seria melhor mudá-lo para: “Novos dados mostram que os telescópios Webb e Hubble concordam sobre a taxa de expansão do universo, mas não com as medições baseadas na radiação cósmica de fundo em micro-ondas”.
Um bom título seria algo como “É muito provável que a tensão de Hubble não seja causada por erro de medição”.
A nova medição não parece esclarecer algo nem eliminar a confusão; ela apenas confirma a medição de Hubble já existente. A tensão de Hubble continua sendo um problema difícil.
Outra discrepância interessante que os cientistas inicialmente consideraram erro de medição é o Axis of Evil.
O primeiro telescópio espacial lançado na década de 1990, o Cosmic Background Explorer(COBE), produziu um mapa da CMB, que continha um padrão em que a CMB se alinhava com muita precisão ao plano do Sistema Solar, algo difícil de atribuir ao acaso. Isso contraria o princípio copernicano, segundo o qual a Terra e o Sistema Solar não são especiais, e nenhum lugar do universo é especial.
Os cientistas acharam que devia ser uma anomalia causada pelo telescópio COBE e pensaram que ela desapareceria no telescópio espacial seguinte.
Lançado em 2001, o Wilkinson Microwave Anisotropy Probe(WMAP) registrou a CMB com mais precisão e maior resolução, mas a anomalia permaneceu. Ainda assim, pensou-se que devia haver algo errado nas medições ou nos cálculos, e depositou-se esperança em um terceiro telescópio espacial para medir a CMB.
O Planck Surveyor, lançado em 2009, fez medições mais precisas, mas a anomalia permanece até hoje. Por isso, essa anomalia recebeu o nome de “Axis of Evil” e contraria nossa compreensão do universo.
Recomendo este vídeo de 16 minutos da Dr. Becky, que apresenta as questões em torno da tensão de Hubble e das medições recentes do JWST
Ele explica bem o problema para o público geral: https://www.youtube.com/watch?v=hps-HfpL1vc
É um vídeo antigo, mas ainda válido, e apresenta bem as descobertas do JWST e os pontos de conflito que ainda permanecem
Tenho 1000% de certeza de que, daqui a 20, 50, 100 ou 500 anos, a humanidade vai olhar para a ciência dos séculos 20 e 21 como nós hoje olhamos para os séculos 16 e 17
Algumas coisas terão estado em grande parte corretas, mas a maioria será vista como imprecisa, incompleta ou quase como imaginações derivadas de modelos anteriores
Sempre foi assim e parece que desta vez não será diferente. Em todas as épocas, as pessoas achavam que entendiam o universo quase por completo. Lembro de ter lido que, no início do século 20, a ciência era considerada praticamente concluída; pensando na relatividade e na física quântica, todos sabemos como isso terminou
Pessoalmente, tenho dificuldade em aceitar a ideia de que o universo tenha pouco menos de 15 bilhões de “anos”. Isso não significa que não tenha havido um grande evento cósmico naquela época, ou seja, um BANG, mas não acho que ele tenha sido “o começo de tudo”. Para mim, isso soa muito parecido com a ideia de que “Deus criou o universo”
Cientistas falam de “quarks” ou “energia escura”, mas isso se parece mais com marcadores de posição para “sabemos mais ou menos o que fazem, mas não sabemos o que realmente são”
Daqui a 100 ou 500 anos, a mecânica quântica e a relatividade geral também se revelarão aproximações ou sombras de uma teoria mais profunda. Mas isso não muda o fato de que suas previsões são absurdamente precisas
Nossa compreensão da realidade não está apenas avançando; ela está se aproximando assintoticamente da verdade real. Uma nova teoria pode virar o arcabouço conceitual de cabeça para baixo, mas, no fim, precisa acrescentar casas decimais. Caso contrário, será uma teoria pior do que a existente
Com números melhores, talvez se possa falar em algo como “cerca de 20 bilhões de anos”, mas parece bastante claro que o “número verdadeiro” dificilmente passaria de 100 bilhões ou 50 bilhões de anos
Se você se interessa pela escada de distâncias cósmicas, a série “How far away is it?”, de David Butler, no YouTube, é excelente
Ela trata em detalhes dos métodos, da história e de exemplos de como estimar distâncias seguindo a escada de distâncias cósmicas, e eu a recomendo muito
https://www.youtube.com/playlist?list=PLpH1IDQEoE8QWWTnWG5cK...