Wow! Uma nova medida da Constante de Hubble

Título: A SHARP view of H0LiCOW: H0 from three time-delay gravitational lens systems with adaptive optics imaging

Autores: Geoff C.-F. Chen, Christopher D. Fassnacht, Sherry. H. Suyu, et al.

Instituição do primeiro autor: Department of Physics, University of California, Davis

Status: Submetido ao MNRAS; accesso livre no arXiv

 

O universo em expansão… e uma tensão

A taxa de expansão do Universo é governada por um parâmetro chamado de Constante de Hubble (H₀), que é medida em unidades de km/s/Mpc (uma explicação sobre esta unidade esquisita encontra-se neste astroponto). H₀ é um dos parâmetros cosmológicos mais importantes – ela restringe modelos de evolução do nosso Universo – mas existem duas medidas de H₀ que discordam significativamente entre si. O primeiro tipo de medida provém de quando astrônomos olham para o Universo primordial, através do estudo das flutuações de temperatura da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (RCF) e oscilações acústicas bariônicas (OAB; do inglês Baryonic Acoustic Oscillations), que nos fornecem imagens do Universo de quando ele tinha poucas centenas de milhares de anos. Uma medida recente de H₀ por este método foi realizada pelo satélite Planck, com um valor of H₀ = 67.27 +/- 0.6 km/s/Mpc . Contudo, astrônomos que olham para o Universo recente, quando ele já possuía bilhões de anos de idade, estão estudando Supernovas do tipo Ia e variáveis do tipo Cefeidas (baseando-se na escada de distância cósmica ), obtendo um valor de H₀ = 74.03 +/- 1.42 km/s/Mpc. Estes objetos foram formados muito tempo após a RCF e OAB terem deixado sua assinatura no Universo, o que significa que estes dois valores de H₀ são medidos independentemente e então não apresentam uma origem de erro comum.

Astrônomos que olham para o Universo primordial têm medidas de H₀ em excelente concordância entre si, e medidas de H₀ do Universo recente também apresentam acordo entre si, e já eliminaram várias fontes possíveis de erros sistemáticos também. A discordância entre estas medidas alcançou uma tensão de 4.4σ: as barras de erro de cada tipo de medida facilmente eliminaram a outra! Como consequência disso, surgiu uma grande necessidade de medidaas independentes e diferentes de H₀ a fim de explorar tanto fontes desconhecidas de erros sistemáticos como novos modelos físicos. O artigo de hoje fornece uma destas abordagens diferentes.

Uma nova visão SHARP: Óptica adaptativa e o Hubble Space Telescope

Os autores usam uma técnica chamada “cosmografia de tempo de atraso” para obter medidas de distância de uma maneira completamente independente das técnicas previamente descritas. Cosmografia de tempo de atraso pode ser pensada como uma abordagem geométrica para sondar o Universo. Este método funciona através da medição de tempos de atraso, que ocorre quando luz de uma mesma fonte leva diferentes intervalos de tempo para alcançar nossos telescópios pelo fato de seguirem diferentes trajetórias ao redor de uma fonte de lentes. Em outras palavras, medidas do tempo de atraso em si baseiam-se nas lentes gravitacionais fortes (em inglês strong gravitational lensing) de objetos que variam no tempo, como quasares. A colaboração H0LiCOW estuda sistemas de lentes gravitacionais fortes com imagens do Hubble Space Telescope (HST), e utiliza tempos de atraso medidos pelo COSMOGRAIL. Um dos desafios associados com o estudo de sistemas lenteados é a modelagem de lentes gravitacionais. Os autores dizem que novas imagens de observações de óptica adaptativa (AO) podem ter melhor resolução do que os dados utilizados anteriormente pelo HST. Deste modo, eles utilizam dados de AO tomados pelo Observatório Keck, como parte do esforço de AO SHARP. Imagens de três sistemas de quasares lenteados estudados neste artigo são mostrados na Figura 1. (É válido notar que o uso de cosmografia de tempo de atraso significa que nenhuma informação a priori sobre modelos cosmológicos se faz necessária na modelagem das lentes.)

Cada sistema já possui medidas de tempos de atraso, dispersão de velocidades estelares, e caracterizações ambientais da lente, as quais são necessárias para restringir degenerescências ao ajustar modelos de lente. Os autores descrevem ferramentas estatísticas que utilizam para ajustar modelos de lente sobre os dados, notando que eles realizam uma análise cega a fim de evitar viés de confirmação – uma análise cega impediria que os cientistas favoreçam um resultado sobre outro a despeito dos dados reais. Eles analisam tanto dados AO e AO+HST, e encontram que os resultados de AO estão consistentes com os resultados do HST (que provém dos estudos do Universo mais tardio). O resultado obtido da AO fornece H₀ = 75.6 +3.2/-3.3, e o AO+HST fornece H₀ = 76.8 +/- 2.6. Figuras 2 e 3 mostram as distribuições de probabilidade a posteriori marginalizadas para AO e AO+HST, respectivamente. (Distribuições de probabilidade a posteriori são explicadas neste astrobite em inglês, e “marginalizada” significa que parâmetros sem importância na análise são integrados para todos os seus valores possíveis na função de distribuição de probabilidade a posteriori)

Neste artigo, os autores evitaram fazer uma investigação compreensiva das implicações cosmológicas deste resultado, e ao invés disso se referem a um artigo companheiro que analisa um total de seis sistemas lenteados. De todo modo, este estudo é exatamente o que se precisa — uma medida independente doH₀ que (esperançosamente) lança luz sobre vários valores discordantes de H₀ inferidos de diferentes conjuntos de dados. A tensão entre medidas do H₀ do Universo primordial e recente parece estar se tornando mais significativa – que momento fascinante para a era de precisão da Cosmologia!