Estrelas de nêutrons gritam nas ondas do espaço-tempo quando morrem, e os astrônomos esboçaram um plano para usar sua agonia gravitacional para traçar a história do universo. Junte-se a nós enquanto exploramos como transformar sua dor em nosso lucro cosmológico.
Os cosmologistas são obcecados por padrões. A razão dessa obsessão reside em suas laboriosas tentativas de medir distâncias extremas em nosso universo. Olhe para uma estrela ou galáxia aleatória. A que distância está? É mais perto ou mais longe do que uma estrela ou galáxia ao lado? E se um é mais brilhante ou mais escuro que o outro?
Esta é uma situação bastante desesperadora, a menos que o cosmos esteja espalhado por coisas comuns - objetos com propriedades conhecidas. Imagine se lâmpadas de 100 watts ou paus de metro cobrissem o universo. Se pudéssemos ver essas lâmpadas ou bastões de medidores, poderíamos comparar comoeles olham para nós aqui na Terra para o queconhecer eles parecem íntimos e pessoais. Se vemos uma lâmpada no universo e sabemos que ela deveria ter o mesmo brilho que uma lâmpada padrão de 100 watts, podemos fazer alguma trigonometria para diminuir a distância dessa lâmpada. O mesmo vale para o bastão: se virmos um bastão aleatório flutuando e soubermos que ele tem exatamente um metro de comprimento, podemos comparar seu comprimento em nosso campo de visão e calcular a distância até ele.
É claro que lâmpadas e bastões de medição seriam péssimas sondas cosmológicas, porque são fracas e pequenas. Para um trabalho sério, precisamos de coisas brilhantes, grandes e comuns. E existem poucos desses padrões no universo: a supernova do tipo 1a serve como “velas padrão” e oscilações acústicas bariônicas (um remanescente assado na distribuição de galáxias que sobraram do universo primitivo e o assunto de outro artigo) pode servir como uma "régua padrão".
Mas vamos precisar de mais do que velas e varas para nos livrar do atual enigma cosmológico em que nos encontramos.
Vivemos em um universo em expansão. Todos os dias, as galáxias se afastam umas das outras (em média; ainda pode haver colisões e agrupamentos de “pequena escala”). E a taxa de expansão do nosso universo mudou nos últimos 13,8 bilhões de anos de história cósmica. O universo é formado por vários personagens diferentes: radiação, estrelas, gás, coisas estranhas como neutrinos, coisas mais estranhas como matéria escura e coisas mais estranhas como energia escura. À medida que cada um desses componentes liga, desliga, começa a dominar, ou para de dominar, a taxa de expansão do universo, por sua vez, muda.
Nos velhos tempos, a matéria costumava ser o chefe do universo. Assim, à medida que o universo se expandia, essa expansão diminuía devido à constante pressão gravitacional de toda essa matéria. Mas então o assunto ficou muito espalhado, fino e fraco demais para controlar o cosmos.
Cerca de cinco bilhões de anos atrás, a energia escura assumiu o controle, revertendo a ligeira desaceleração da expansão do universo e empurrando a pétala para o metal, fazendo com que a expansão do universo não apenas continuasse, mas acelerasse. A energia escura - o que quer que seja - continua sua dominância sinistra do cosmos até os dias atuais.
É extremamente importante medir a taxa de expansão do universoagora mesmo - como a taxa de expansão está ligada ao conteúdo do universo, medir a taxa de expansão hoje nos diz quem são os principais atores cosmológicos e sua importância relativa. Podemos medir a taxa de expansão de hoje, conhecida como constante Hubble, de várias maneiras, como com paus e velas.
E aqui reside uma tensão surpreendente. Medições da constante Hubble do universo próximo, usando coisas como supernova, dão um valor particular. Mas as medições do universo primitivo usando o fundo cósmico de microondas também levam a restrições na constante Hubble de hoje, e essas medições não estão de acordo.
Um problema persistente: dois métodos independentes de medir o mesmo número levam a resultados diferentes. Pode ser um sinal de física totalmente nova ou apenas observações mal compreendidas. Mas seja qual for o caso, enquanto alguns cosmólogos encaram essa situação como um desafio, outros a consideram uma oportunidade. O que precisamos é de mais medidas, e especialmente aquelas que sejam totalmente independentes das medidas existentes. Temos réguas e velas padrão, então que tal ... sirenes padrão.
Claro, por que não.
As ondas gravitacionais cacofônicas que explodem desde os momentos finais das colisões de duas estrelas de nêutrons carregam informações cosmológicas suculentas. Como entendemos muito bem a física deles, podemos estudar a estrutura ultraprecisa das ondas gravitacionais para saber o quão alto (na gravidade, não no som, mas você só precisa rolar com a metáfora) que eles estavam gritando quando colidiram . Então podemos comparar isso com o quão alto eles soam aqui na Terra, e voila: uma distância.
Essa técnica já produziu uma medida (relativamente aproximada) da constante de Hubble a partir da única e única fusão de estrelas de nêutrons observada.
Mas esse não deve ser o último grito de morte da estrela de nêutrons que ouvimos. Nos próximos anos, esperamos (espera?) Pegar mais dezenas. E com cada colisão, podemos estabelecer uma distância confiável para o evento de fogo e medir a história de expansão do universo desde a sua desnutrição, fornecendo uma trilha completamente diferente para revelar o valor da constante do Hubble.
Os cosmólogos da Universidade de Chicago previram que dentro de cinco anos, a técnica de sirenes padrão fornecerá medidas competitivas com os métodos existentes. Mas quando se trata do grande debate cosmológico do século 21, a questão permanece: as sirenes padrão serão o fator decisivo ou apenas aprofundarão o mistério?
Leia mais: “Uma medição constante de 2% do Hubble de sirenes padrão dentro de 5 anos”
