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# Física # Cosmologia e Astrofísica Não Galáctica

A Tensão de Hubble: Um Mistério Cósmico

Cientistas desvendam a estranha história da taxa de expansão do universo.

Sergij Mazurenko, Indranil Banik, Pavel Kroupa

― 7 min ler


Tensão do Hubble Tensão do Hubble Explicada misteriosa do universo. Um olhar sobre a taxa de expansão
Índice

No vasto universo, os cientistas costumam se deparar com perguntas intrigantes, uma delas é conhecida como a tensão de Hubble. Essa questão fascinante gira em torno da taxa de expansão do universo. Apesar de todos os nossos esforços, há uma discrepância nas medições, e isso deixa os astrônomos coçando a cabeça como se tivessem acabado de descobrir que a pizzaria favorita ficou sem coberturas.

O que é a Tensão de Hubble?

A tensão de Hubble se refere à diferença na taxa de expansão observada do universo, conhecida como a Constante de Hubble. Observações do universo primitivo sugerem um valor, enquanto medições feitas a partir de galáxias locais indicam uma taxa maior. Essa desarmonia é como medir a altura do seu amigo em 1,78m um dia e depois descobrir que ele cresceu para 1,83m da próxima vez que você o vê.

Por que isso importa?

Essa discrepância não é apenas uma pergunta divertida para nerds em festas. Tem implicações significativas para nossa compreensão do cosmos. Se não conseguirmos descobrir por que as medições diferem, isso pode significar que nossos modelos atuais do universo precisam de uma atualização séria. Também pode indicar novas físicas que ainda não descobrimos, o que seria como descobrir que a gravidade não é a única força em ação quando as coisas caem.

O Papel dos Supervazios

Uma das teorias principais para explicar a tensão de Hubble envolve o conceito de supervazios. Esses são vastos lugares no espaço que têm menos galáxias do que o esperado, criando uma espécie de "buraco" cósmico. Pense nisso como um enorme donut cósmico, com o supervazio atuando como o buraco no meio. Alguns cientistas acreditam que nossa posição dentro de um desses vazios pode estar afetando a forma como medimos a expansão do universo.

Radiação Cósmica de Fundo (CMB)

A radiação cósmica de fundo (CMB) é o brilho residual do Big Bang, fornecendo uma visão do universo primitivo. É crucial para entender a expansão do universo. Se considerarmos as medições da CMB, elas sugerem uma taxa de expansão mais lenta, levando a um valor mais baixo da constante de Hubble. Em contraste, medições locais, que envolvem a observação de galáxias próximas, indicam uma expansão mais rápida. Então, temos um olho no passado e outro no presente, e eles não estão exatamente em sintonia.

Observações de Ângulos Diferentes

Quando os astrônomos fazem observações, eles geralmente assumem que o universo é o mesmo em todas as direções. No entanto, a presença de supervazios pode alterar essa suposição. Observações perto desses vazios podem dar leituras enganosas. Imagine tentar medir o comprimento de uma sala enquanto está em um canto onde as paredes estão distorcidas. Isso pode bagunçar suas medições, assim como nossas observações locais podem estar distorcidas por supervazios.

Velocidades Peculiares

Adicionando à confusão cósmica estão as velocidades peculiares, que são as velocidades das galáxias enquanto elas viajam pelo espaço, influenciadas por forças gravitacionais locais. Essas velocidades podem criar uma lente turva pela qual vemos o universo. Se você está em um trem em movimento e tentando medir a velocidade de outro trem, pode ser complicado. Velocidades peculiares podem prejudicar as medições da constante de Hubble, dificultando a obtenção de uma leitura clara sobre quão rápido o universo está se expandindo.

Fluxos Cósmicos

Estudos recentes examinaram o Fluxo em Massa de galáxias próximas para entender melhor a tensão de Hubble. Fluxos em massa são como correntes em um rio, onde as galáxias se movem em grupos em vez de estarem isoladas. Essa corrente pode ajudar os cientistas a avaliar como o movimento em uma escala cósmica se relaciona com nossas medições de expansão. No entanto, como tudo de bom, há obstáculos no fluxo, e discrepâncias ainda existem.

O Vazio KBC: Uma Caixa de Mistério Cósmico

Uma área específica de interesse é o vazio KBC, um supervazio que abrange vários bilhões de anos-luz. Pesquisadores estão se perguntando se essa região sub-densa poderia estar impactando nossas medições da expansão do universo. O vazio KBC é tão enorme que faz outros vazios parecerem pequenas crateras. A pergunta é: estamos sentados dentro desse donut cósmico, e isso está afetando nossas medições?

Comparação com Outros Modelos

Existem vários modelos para explicar a tensão de Hubble, que vão desde modelos cosmológicos padrões até teorias alternativas envolvendo modificações na gravidade. Cada modelo apresenta seu próprio conjunto de soluções, como um buffet de ideias que atraem os cientistas a experimentar um pouco de tudo. No entanto, nem todos os pratos são atraentes, e alguns modelos têm se mostrado deficientes quando comparados a observações reais.

A Importância de Medições Precisos

Obter medições precisas da constante de Hubble é crucial. Isso nos ajuda a entender a taxa de expansão e o futuro do universo. Se nossos cálculos estiverem errados, podemos estar fazendo previsões baseadas em fundamentos instáveis. Imagine tentar prever o clima confiando na previsão da semana passada - simplesmente não vai funcionar.

Uma Perspectiva Global

Os cientistas adotaram uma abordagem global para lidar com a tensão de Hubble. Olhando para dados coletados tanto do universo primitivo quanto de galáxias locais, eles buscam encontrar uma explicação unificada. É como tentar resolver um quebra-cabeça juntando diferentes peças de várias regiões do mundo.

Soluções Potenciais

Algumas soluções propostas incluem considerar vazios locais ou efeitos gravitacionais que poderiam explicar as diferenças nas medições. Outros sugerem revisar a física do universo primitivo ou até contemplar a existência de novas partículas e forças. Cada possibilidade traz uma mistura de empolgação e confusão, deixando claro que o universo ainda guarda muitos segredos.

O Papel de Novas Ferramentas de Observação

Novas tecnologias e telescópios estão sendo desenvolvidos continuamente para melhorar nossas medições. O Telescópio Espacial James Webb, que será lançado em breve, tem como objetivo fornecer insights que poderiam ajudar a resolver a tensão. Pense nisso como uma atualização de uma câmera comum para uma de alta definição; quanto mais nítida a imagem, melhor a compreensão.

A Jornada Adiante

À medida que os cientistas continuam a investigar a tensão de Hubble, eles se apoiarão fortemente em avanços em ferramentas de observação e uma colaboração maior entre equipes de pesquisa globais. A busca por entender a expansão do universo é como uma caça ao tesouro cósmica, onde cada pista leva a novos insights e descobertas.

Conclusão: Uma Comédia Cósmica de Erros

Em conclusão, a tensão de Hubble mostra as complexidades da exploração cósmica. Como uma boa comédia, o universo muitas vezes entrega reviravoltas inesperadas. Os cientistas estão determinados a encontrar a piada, mas até lá, eles continuarão buscando respostas, conectando as peças em nossa compreensão em constante expansão do cosmos. Quem sabe, talvez o universo esteja apenas pregando uma peça cósmica em nós, e a punchline está esperando logo além das estrelas.

Fonte original

Título: The redshift dependence of the inferred $H_0$ in a local void solution to the Hubble tension

Resumo: Galaxy number counts suggest that we are located within the Gpc-scale KBC void. The Hubble tension might arise due to gravitationally driven outflow from this void, as explored in detail by Haslbauer et al. We explore how the impact of the void on redshift decays at large distances. We define $H_0(z)$ as the present expansion rate $H_0$ that would be inferred from observations in a narrow redshift range centred on $z$. We find $H_0(z)$ in three different ways, all of which give similar results. We then compare these results with the observations of Jia et al., who were careful to minimise the impact of correlations between $H_0$ measurements from data in different redshift bins. We find reasonable agreement with their results for the Gaussian and Exponential void underdensity profiles, although the agreement is less good in the Maxwell-Boltzmann case. The latter profile causes severe disagreement with the observed bulk flow curve at $z < 0.1$ (Mazurenko et al.), so the tension with higher redshift data further highlights that the deepest part of the KBC void is probably near its centre. The observations show a decline of $H_0(z)$ towards the background $Planck$ value in qualitative agreement with the considered models, even if we use a larger void. The good overall agreement with the recent results of Jia et al. suggests that the local supervoid evident from the galaxy luminosity density out to a Gpc might also solve the Hubble tension while retaining a low background $H_0$ consistent with $Planck$ data, assuming enhanced structure formation on $>100$ Mpc scales.

Autores: Sergij Mazurenko, Indranil Banik, Pavel Kroupa

Última atualização: Dec 16, 2024

Idioma: English

Fonte URL: https://arxiv.org/abs/2412.12245

Fonte PDF: https://arxiv.org/pdf/2412.12245

Licença: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Alterações: Este resumo foi elaborado com a assistência da AI e pode conter imprecisões. Para obter informações exactas, consulte os documentos originais ligados aqui.

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