Força escura e material escura do Universo recalculadas com exatidão. E alguma coisa não bate manifesto

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NASA/CXC/U. Texas

G299 é um remanescente de uma classe privado de supernova chamada Tipo Ia.

A mensuração mais precisa até agora realizada da formação e expansão do Universo confirma que “alguma coisa não bate manifesto” na nossa compreensão do cosmos.

Os astrofísicos realizaram uma novidade e poderosa estudo que estabelece os limites mais precisos até agora na formação e evolução do Universo. Com esta estudo, apelidada de Pantheon+, os cosmólogos encontram-se numa encruzilhada.

A Pantheon+ permitiu ordenar convincentemente que o cosmos é constituído por muro de dois-terços de vigor escura e um-terço de material – na sua maioria sob a forma de material escura – e tem vindo a expandir-se a um ritmo vertiginoso ao longo dos últimos milhares de milhões de anos.

No entanto, a Pantheon+ também cimenta um grande desacordo sobre o ritmo dessa expansão — que ainda tem que ser resolvido.

Ao colocar as teorias cosmológicas modernas predominantes, conhecidas uma vez que o Padrão Padrão da Cosmologia, numa base evidenciária e estatística ainda mais firme, Pantheon+ fecha ainda mais a porta a enquadramentos alternativos que contabilizam a vigor escura e a material escura.

Ambas são os fundamentos do Padrão Padrão da Cosmologia, mas ainda não foram diretamente detetadas e estão entre os maiores mistérios do protótipo.

No seguimento dos resultados do Pantheon+, os investigadores podem agora prosseguir com testes de reparo mais precisos e aprimorar as explicações para o cosmos ostensivo.

“Com estes resultados Pantheon+, somos capazes de colocar as restrições mais precisas até à data na dinâmica e história do Universo”, diz Dillon Brout, investigador do Meio para Astrofísica | Harvard & Smithsonian.

“Examinámos os dados e podemos agora manifestar com mais crédito do que nunca uma vez que o Universo evoluiu ao longo dos éons e que as melhores teorias atuais sobre vigor escura e material escura se mantêm fortes”.

Brout é o responsável principal de uma série de artigos científicos que descrevem a novidade estudo Pantheon+, publicados num número próprio da revista The Astrophysical Journal.

Pantheon+ baseia-se no maior conjunto de dados do seu género, compreendendo mais de 1500 explosões estelares chamadas supernovas do Tipo Ia.

Estas explosões brilhantes ocorrem quando estrelas anãs brancas – remanescentes de estrelas uma vez que o nosso Sol – acumulam demasiada volume e sofrem uma reação termonuclear.

Uma vez que as supernovas do Tipo Ia têm um clarão superior ao de galáxias inteiras, estas detonações estelares podem ser vislumbradas a distâncias que excedem os 10 milénio milhões de anos-luz, ou voltar detrás no tempo até muro de três-quartos da idade totalidade do Universo.

Oferecido que as supernovas têm um clarão intrínseco quase uniforme, os cientistas podem utilizar o clarão aparente das explosões, que diminui com a intervalo, juntamente com as medições do meandro para o vermelho, uma vez que marcadores do tempo e do espaço.

Essa informação, por sua vez, revela a rapidez a que o Universo se expande durante épocas diferentes, que é depois utilizada para testar teorias sobre os componentes fundamentais do Universo.

A invenção revolucionária, em 1998, da expansão acelerada do Universo, deveu-se a um estudo de supernovas do Tipo Ia feito desta maneira.

Os cientistas atribuem a expansão a uma vigor invisível, portanto denominada vigor escura, inerente ao tecido do próprio Universo.

As décadas seguintes de trabalho continuaram a compilar conjuntos de dados cada vez maiores, revelando supernovas ao longo de uma gama ainda mais ampla de espaço e tempo, e o Pantheon+ reuniu-os agora na estudo estatisticamente mais robusta até à data.

“Em muitos aspetos, esta última estudo Pantheon+ é o culminar de mais de duas décadas de esforços diligentes de observadores e teóricos de todo o mundo na decifração da núcleo do cosmos”, diz Adam Riess, um dos vencedores do Prémio Nobel da Física em 2011 pela invenção da expansão acelerada do Universo,

Riess, professor na Universidade Johns Hopkins e do STScI (Space Telescope Science Institute) em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland, é também um ex-aluno da Universidade de Harvard, com um doutoramento em astrofísica.

A própria curso de Brout em cosmologia remonta aos seus anos de licenciatura na Universidade Johns Hopkins, onde foi ensinado e orientado por Riess.

Na John Hopkins, Brout trabalhou com o logo estudante de doutoramento e também orientado por Riess, Dan Scolnic, que é agora professor assistente de física na Universidade Duke e outro coautor da novidade série de trabalhos.

Há vários anos, Scolnic desenvolveu a estudo original Pantheon com aproximadamente 1000 supernovas.

Agora, Brout e Scolnic e a sua novidade equipa Pantheon+ acrescentaram muro de 50% mais pontos de dados de supernovas ao Pantheon+, juntamente com melhorias nas técnicas de estudo e no tratamento de potenciais fontes de erro, o que acabou por produzir o duplo da precisão do Pantheon original.

“Leste salto, tanto na qualidade do conjunto de dados uma vez que na nossa compreensão da física que lhe está subjacente, não teria sido provável sem uma equipa rútilo de estudantes e colaboradores trabalhando diligentemente para melhorar todas as facetas da estudo”, diz Brout.

Tomando os dados uma vez que um todo, a novidade estudo defende que 66,2% do Universo se manifesta uma vez que vigor escura, com os restantes 33,8% uma combinação de material escura e material normal.

Para chegar a uma compreensão ainda mais abrangente dos componentes constituintes do Universo em diferentes épocas, Brout e colegas combinaram o Pantheon+ com outras medições fortemente evidenciadas, independentes e complementares da estrutura em grande graduação do Universo e com medições da luz mais antiga do Universo, o fundo cósmico de micro-ondas.

Outro resultado chave do Pantheon+ relaciona-se com um dos objetivos principais da cosmologia moderna: a obtenção do ritmo de expansão do Universo, conhecida uma vez que a regular de Hubble.

A junção da modelo do Pantheon+ com dados da colaboração SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State), liderada por Riess, resultou na mensuração lugar mais rigorosa do ritmo atual de expansão do Universo.

Pantheon+ e SH0ES, juntos, determinaram uma regular de Hubble de 73,4 quilómetros por segundo por megaparsec com somente 1,3% de incerteza.

Dito de outra forma, por cada megaparsec, ou 3,26 milhões de anos-luz, a estudo estima que no Universo próximo, o próprio espaço está a expandir-se a mais de 260.000 quilómetros por hora.

Porém, observações de uma estação completamente dissemelhante da história do Universo preveem alguma coisa dissemelhante.

As medições da luz mais antiga do Universo, o fundo cósmico de micro-ondas, quando combinadas com o atual Padrão Padrão da Cosmologia, fixam consistentemente a regular de Hubble num valor significativamente subalterno ao das observações feitas através das supernovas do Tipo Ia e com outros marcadores astrofísicos.

Esta discrepância considerável entre as duas metodologias tem sido denominada a tensão de Hubble. Os novos conjuntos de dados do Pantheon+ e do SH0ES amplificam esta tensão de Hubble.

De facto, a tensão passou agora o importante limiar de 5 sigma (a hipótese, de muro de um em um milhão, de surgir devido ao possibilidade) que os físicos utilizam para enobrecer entre possíveis falhas estatísticas e alguma coisa que deve ser entendido em conformidade.

O saber deste novo nível estatístico realça o duelo tanto para os teóricos uma vez que para os astrofísicos de tentar explicar a discrepância na regular de Hubble.

“Pensámos que seria provável encontrar pistas para uma novidade solução destes problemas no nosso conjunto de dados, mas em vez disso estamos a deslindar que os nossos dados excluem muitas destas opções e que as profundas discrepâncias permanecem tão teimosas uma vez que sempre”, diz Brout.

Os resultados do Pantheon+ poderiam ajudar a mostrar para onde reside a solução para a tensão de Hubble.

“Muitas teorias recentes começaram a mostrar para novidade física exótica no Universo primitivo, porém tais teorias não verificadas devem resistir ao processo científico e a tensão de Hubble continua a ser um grande duelo“, diz Brout.

No universal, o Pantheon+ fornece aos cientistas uma visão abrangente ao longo de grande segmento da história cósmica.

As primeiras e mais distantes supernovas do conjunto de dados brilham a 10,7 milénio milhões de anos-luz de intervalo, ou seja, de quando o Universo tinha aproximadamente um-quarto da sua idade atual. Nessa estação, a material escura e a sua seriedade associada mantiveram o ritmo de expansão do Universo sob controlo.

Leste estado das coisas mudou drasticamente ao longo dos vários milhares de milhões de anos seguintes, à medida que a influência da vigor escura ultrapassava a da material escura. Desde logo, a vigor escura tem vindo a distanciar o teor do cosmos cada vez mais e a um ritmo cada vez maior.

“Com oriente conjunto combinado de dados Pantheon+, obtemos uma visão precisa do Universo desde o tempo em que era escravizado pela material escura até quando o Universo se tornou escravizado pela vigor escura”, diz Brout.

“Leste conjunto de dados é uma oportunidade única de ver a vigor escura a ‘ligar-se’ e a impulsionar a evolução do cosmos nas maiores escalas ao longo dos tempos atuais”, acrescentou.

O estudo desta mudança, agora com evidências estatísticas ainda mais fortes, levará, assim os cientistas esperam, a novos conhecimentos sobre a natureza enigmática da vigor escura.

“O Pantheon+ está a dar-nos a nossa melhor oportunidade até à data de restringir a vigor escura, as suas origens e a sua evolução”, conclui Brout.

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