Pesquisadores do Observatório Nacional (ON) e da Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro (UFRRJ) avaliaram como observatórios de ondas gravitacionais podem medir a taxa de expansão do Universo. O estudo foi publicado no periódico científico Physics of the Dark Universe.
O trabalho tem como autor principal o doutorando Jonathan Morais, que desenvolveu a pesquisa durante seu mestrado no ON. A análise focou no desempenho de detectores como o Advanced LIGO e projetos futuros, como o Einstein Telescope e o DECIGO, ao usar as chamadas sirenes padrão brilhantes.
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“Na astronomia, esses eventos funcionam como sirenes cósmicas: ao analisar a forma e a intensidade do sinal de uma onda gravitacional, é possível estimar diretamente a distância até o evento que a produziu”, afirmou Jonathan.
As ondas gravitacionais são perturbações no espaço-tempo previstas por Albert Einstein em 1915 e detectadas pela primeira vez em 2015. Elas são geradas quando objetos massivos, como buracos negros, se fundem. A pesquisa busca resolver a "tensão de Hubble", uma divergência nos valores da taxa de expansão do cosmos.
Dados do universo primordial, obtidos por satélites como o Planck, indicam uma constante de Hubble (H?) de aproximadamente 67,44 km/s/Mpc. Medições no universo próximo, baseadas em estrelas e supernovas, apontam para cerca de 73,17 km/s/Mpc. Essa diferença de 9% é um dos maiores desafios da cosmologia moderna.
Para estudar o problema sem depender de um modelo teórico específico, a equipe usou a cosmografia, uma técnica que descreve a expansão do Universo com ferramentas matemáticas cinemáticas. “Ainda não sabemos se essa diferença vem de algum efeito sistemático nas observações ou se pode ser um indício de que nossa descrição atual do Universo ainda é incompleta”, acrescentou Jonathan.
Ondas gravitacionais e as sirenes padrão brilhantes
As ondas gravitacionais oferecem uma forma de medir distâncias astronômicas diretamente do sinal recebido. Quando o evento também emite um sinal luminoso, os astrônomos conseguem identificar a galáxia hospedeira e medir seu desvio para o vermelho (redshift). Esses eventos são conhecidos como sirenes brilhantes.
O estudo simulou detecções futuras de ondas gravitacionais para os observatórios Advanced LIGO, Einstein Telescope e DECIGO. Os resultados mostram que as sirenes brilhantes podem se tornar uma ferramenta precisa para medir a constante de Hubble, ajudando a distinguir entre os diferentes valores em conflito.
“Já existem hoje medidas de H? com ondas gravitacionais (...). Mas as incertezas ainda são relativamente grandes”, concluiu Jonathan, destacando que o cenário deve melhorar com mais detecções e novas gerações de detectores.
“Este trabalho (...) representa uma contribuição importante para o uso de ondas gravitacionais em cosmologia. Os resultados mostram que as futuras observações poderão desempenhar um papel fundamental na investigação da tensão de Hubble”, destacou o professor Jailson Alcaniz, orientador do estudo.
Uma ferramenta de IA foi usada para auxiliar na produção desta reportagem, sob supervisão editorial humana.
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