Os físicos identificaram um método potencialmente inovador para medir a taxa de expansão do universo, um enigma cosmológico de longa data, usando as ondulações sutis no espaço-tempo conhecidas como ondas gravitacionais. A nova abordagem aproveita o sinal colectivo de incontáveis buracos negros em fusão em todo o cosmos – um fraco “zumbido” da gravidade – para avaliar de forma independente a rapidez com que o espaço se está a expandir. Mesmo sem detectar diretamente este cenário, os investigadores já usaram dados atuais para refinar as restrições à constante de Hubble, o valor que representa a velocidade de expansão do Universo.
A tensão de Hubble: um problema central em cosmologia
A taxa de expansão do universo é uma quantidade fundamental, mas o seu valor preciso tornou-se um importante ponto de discórdia. As medições derivadas de observações do universo primitivo (como a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, o brilho residual do Big Bang) discordam sistematicamente das de objetos próximos (como as supernovas). Esta discrepância, apelidada de tensão de Hubble, é estatisticamente significativa, sugerindo erros não identificados nos métodos existentes ou a necessidade de uma física fundamentalmente nova.
Como explica a física de Yale Chiara Mingarelli: “As medições da taxa de expansão do Universo primitivo e do Universo tardio discordam em mais de 5 sigma… Ou há um erro sistemático não identificado ou uma nova física.” A incapacidade de conciliar estes valores levanta questões críticas sobre a nossa compreensão da energia escura, da matéria escura e da estrutura geral do universo.
Usando fusões de buracos negros como governantes cósmicos
O novo estudo, aceito para publicação na Physical Review Letters, propõe um novo método baseado inteiramente em ondas gravitacionais. Desde 2015, observatórios como o LIGO e o Virgo detectaram dezenas de fusões de buracos negros, cada evento fornecendo informações sobre as massas e distâncias dos corpos em colisão. Ao analisar as taxas às quais estas fusões ocorrem em todo o Universo, os cientistas podem inferir propriedades da onda gravitacional de fundo – o sinal combinado de eventos demasiado distantes para serem resolvidos individualmente.
De acordo com o autor principal, Bryce Cousins, “como estamos observando colisões individuais de buracos negros, podemos determinar as taxas dessas colisões que acontecem em todo o universo”. A força global deste sinal de fundo depende diretamente da taxa de expansão; uma expansão mais lenta implica maiores volumes e mais fusões, resultando num cenário mais forte.
Implicações e perspectivas futuras
A equipe de pesquisa demonstrou que a atual não detecção da onda gravitacional de fundo já exclui certos valores mais baixos para a constante de Hubble. Embora as restrições atuais ainda sejam amplas, este método estabelece uma estrutura nova e independente para inferência cosmológica. Esta abordagem complementa as técnicas existentes de “sirene padrão” (usando eventos de ondas gravitacionais individuais como marcadores de distância), explorando toda a população não resolvida de colisões de buracos negros.
O professor da Universidade de Chicago, Daniel Holz, enfatiza o significado: “Não é todo dia que se surge uma ferramenta inteiramente nova para a cosmologia”. As atualizações planejadas para detectores de ondas gravitacionais devem permitir a detecção direta do fundo dentro de alguns anos, transformando isso de um limite inferior em uma medição precisa.
Em última análise, este método estocástico da sirene poderá tornar-se uma nova e poderosa ferramenta para sondar a história da expansão do Universo e determinar se a tensão de Hubble representa uma falha fundamental nos nossos modelos ou apenas erros sistemáticos ocultos.
Esta nova técnica oferece uma verificação vital e independente das medições cosmológicas existentes e pode, em última análise, ajudar a resolver um dos mistérios mais prementes da física moderna.
