Esquema do efeito de lente gravitacional (Créditos da imagem: ALMA/ESO/NRAO/NAOJ).

Dois métodos de “pesar” o Universo estão dando resultados diferentes. Isso pode, de fato, ser apenas um erro de metodologia, ou interpretação dos resultados. No entanto, caso não seja, o modelo padrão da Cosmologia poderá necessitar de uma revisão.

Basicamente, o problema, que foi chamado de tensão sigma-oito, foi uma discordância em medições da densidade da matéria em regiões do Universo. O sigma-oito é um parâmetro que envolve a medição das agrupações de matéria no Universo — já que essa distribuição não é uniforme.

O astrônomo Hendrik Hildebrandt, da Universidade Ruhr Bochum, na Alemanha, e sua equipe haviam feito as duas medições utilizando o efeito de lente gravitacional.

Lente Gravitacional Fraca e a “densidade cósmica da matéria”

A lente gravitacional é, basicamente, uma “lupa espacial”. Como o caminho que a luz faz pelo espaço é distorcido junto com a distorção do espaço-tempo, vulgo gravidade, você pode utilizar um corpo de grande massa para ampliar um objeto mais distante, para melhores observações com telescópios e sensores.

A imagem abaixo explica a lente gravitacional:

Esquema do efeito de lente gravitacional (Créditos da imagem: ALMA/ESO/NRAO/NAOJ).

A ideia da equipe era fazer o seguinte: dentro do conceito de lente gravitacional, há uma classificação chamada de lente gravitacional fraca. Nela, as distorções são muito pequenas, e isso possui algumas aplicações.

Nesse caso, essas distorções ao longo do caminho da luz focalizada em determinado ponto, podem ser utilizadas como uma base para se estimar a distribuição da matéria pelo Universo: o sigma-oito.

Estimando distâncias

Tendo em mãos esses dados, agora precisa-se da distância entre essas galáxias, para que a “densidade” seja calculada. Um ótimo método para se fazer isso existe graças a uma anomalia: o desvio para o vermelho (redshift), que pode ocorrer como resultado da expansão do Universo, ou pelo efeito doppler.

Quando uma ambulância, viatura da polícia, ou qualquer sirene passa por você, há uma distorção no som, entre o momento em que ela se aproxima, o momento que ela passa e o momento em que ela se afasta, certo?

Isso é o efeito doppler. Isso ocorre porque quando você se aproxima de algo, as frequências desviam para valores mais altos; visualmente, isso configura um desvio para azul. Quando o observador e o receptor se afastam, as frequências tendem a diminuir, e o desvio é para a cor vermelha, nos caso da luz.

Seja pelo efeito doppler, seja pela expansão do Universo, o desvio para o vermelho vem do mesmo tipo de movimentação. Com uma análise mais aprofundada desse desvio para o vermelho, é possível estimar as distâncias.

Como eles precisavam fazer isso com uma quantidade muito grande de galáxias, utilizaram o desvio para vermelho fotométrico. É um pouco diferente do tradicional, pois, ao invés de medir de um em um — o que seria temporalmente ineficiente —, você tira várias fotos de um mesmo trecho do céu e analisa o desvio em cada ponto da mesma imagem. É um pouco menos preciso, mas o suficiente para o experimento.

Para que isso fosse possível, a imagem, feita por telescópios do Observatório Europeu do Sul (ESO) e do Observatório Paranal, ambos no Chile, conta com uma resolução gigantesca (resolução que seu xiaomi nem sonha alcançar) e em nove faixas de comprimentos de ondas diferentes: quatro no espectro visível e cinco no espectro infravermelho.

Finalmente, o conflito

Tanto trabalho deu um resultado. No entanto, esse resultado difere do sigma-oito calculado com observações da Radiação Cósmica de Fundo na faixa de microondas, captada pela sonda espacial Planck, da Agência Espacial Europeia (ESA).

A equipe de Hildebrandt chegou num valor de 0,74 para o sigma-oito, enquanto os dados da sonda espacial Planck, 0,81.

O que isso significa? Bom.. pode simplesmente ser um erro de um dos dois trabalhos, coisa de praxe na ciência. Para esse caso, uma revisão é necessária.

Outra pequena possibilidade é uma espécie de interferência, ocorrida na filtragem dos dados, chamada de flutuação estatística. Conforme o pesquisador relatou para a Scientific American, a chance de que seja uma interferência nos dados, um ruído não filtrado, é de 1%.

Se mesmo após uma revisão o conflito persistir, pode significar um pequeno problema. E isso não é apenas uma história mal interpretada como a recente polêmica do Universo paralelo.

A ciência é feita de confirmações e refutações. Se apenas um resultado não se sai bem, a probabilidade de ser apenas mais um erro é bem grande. Mas quando um problema parecido é independente identificado de outra forma, ele é levado um pouco mais a sério.

Uma outra discrepância, bastante relevante na cosmologia, é a tensão de Hubble. A constante de Hubble é um valor que analisa a velocidade de expansão do Universo. Era uma questão resolvida, até que um novo resultado entrou em conflito com esse, já consolidado.

À Scientific American, o astrofísico Adam Riess, líder de um dos trabalhos que busca estimar a constante de Hubble, comparou a tensão sigma-oito como uma irmã mais nova da tensão de Hubble.

O trabalho, agora, é tentar resolver a tensão sigma-oito, e há dois caminhos: se o problema for encontrado, alegria.

Agora, se a tensão evoluir para uma relevância tão grande quanto a tensão de Hubble, uma revisão do modelo padrão da cosmologia será necessário.

Para Hildebrandt, esta última “será a alternativa emocionante”. Sim, cientistas gostam de causar problemas; afinal, é assim que a ciência é feita: com refutações.

“Se houvesse um modelo atraente, talvez as pessoas entrassem nesse movimento”, disse Hildebrandt à Scientific American. “Mas, no momento, não acho que exista. Cabe a nós, observadores, melhorar o significado [da tensão sigma-oito] ou refutá-la.”

Referências:

  1. Scientific American. “How Heavy is the Universe? Conflicting Answers Hint at New Physics”. Acesso em: 01 jun. 2020.
  2. Scientific American. “Hubble Tension Headache: Clashing Measurements Make the Universe’s Expansion a Lingering Mystery”. Acesso em: 01 jun. 2020.
  3. UFABC. “O Efeito Doppler para a Luz”. Acesso em: 01 jun. 2020.
  4. UFRGS. “Lentes gravitacionais”. Acesso em: 01. jun. 2020.

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Mais um insignificante humano habitando um pálido ponto azul no vasto oceano cósmico circundante. Com minha ilusória auto-importância, característica humana, me aventuro pela divulgação científica. Apaixonado pela ciência desde criança, sou uma das poucas pessoas que como diz Carl Sagan, “passam pelo sistema com sua admiração e entusiasmo intactos”. Atualmente curso Física na UFScar e escrevo para o Ciencianautas.