impressão artística da explosão e explosão de ondas gravitacionais emitidas quando um par de superdense estrelas de nêutrons colidem. Novas observações com radiotelescópios mostram que tais eventos podem ser usados para medir a taxa de expansão do universo. Crédito: NRAO/AUI/NSF

a que velocidade se expande o universo? Não temos a certeza.

astrônomos estudam a expansão cósmica medindo a constante de Hubble. Eles mediram esta constante de várias maneiras diferentes, mas alguns de seus resultados não concordam uns com os outros. Esta discordância, ou tensão, na constante de Hubble é uma Controvérsia crescente na astronomia. Mas novas observações de Estrelas de nêutrons colidindo poderiam fornecer uma solução.Junta-te à nossa anfitriã Melissa Hoffman do Observatório Nacional de radioastronomia enquanto ela explica como os astrónomos estão a usar radioastronomia e ondas gravitacionais para responder a este mistério cósmico.

Astrônomos, usando National Science Foundation (NSF), rádio telescópios têm demonstrado como uma combinação de gravitacional de ondas de rádio e observações, juntamente com os teóricos de modelagem, pode transformar as concentrações de pares de estrelas de nêutrons em uma “régua cósmica”, capaz de medir a expansão do Universo e a resolução de uma excelente pergunta sobre a sua taxa de câmbio.

os astrônomos usaram a matriz de base muito longa do NSF (VLBA), a matriz de Karl G. Jansky muito grande (VLA) e o Robert C. Byrd Green Bank Telescope (GBT) para estudar as consequências da colisão de Duas Estrelas de nêutrons que produziram ondas gravitacionais detectadas em 2017. Este evento ofereceu uma nova maneira de medir a taxa de expansão do universo, conhecida pelos cientistas como a constante de Hubble. A taxa de expansão do Universo pode ser usada para determinar seu tamanho e idade, bem como servir como uma ferramenta essencial para interpretar observações de objetos em outros lugares do universo.

Rádio observações de um jato de material ejetado na sequência de nêutrons estrelas fusão foram chave para permitir aos astrônomos determinar a orientação do plano orbital das estrelas, antes de sua fusão, e, assim, o “brilho” das ondas gravitacionais emitidas na direção da Terra. Isso pode fazer desses eventos uma nova ferramenta importante para medir a taxa de expansão do universo. Credito: Sophia Dagnello, Nrao/AUI/NSF

dois métodos principais para determinar a constante de Hubble usam as características do fundo cósmico de Microondas, a radiação remanescente do Big Bang, ou um tipo específico de explosões de supernovas, chamado tipo Ia, no universo distante. No entanto, estes dois métodos dão resultados diferentes.

“a fusão da estrela de nêutrons nos dá uma nova maneira de medir a constante de Hubble, e esperamos resolver o problema”, disse Kunal Mooley, do Observatório Nacional de radioastronomia (NRAO) e Caltech.

A técnica é semelhante à que usa as explosões de supernovas. Acredita-se que explosões de supernovas tipo Ia têm um brilho intrínseco que pode ser calculado com base na velocidade a que elas iluminam e depois desaparecem. Medindo o brilho como visto da terra, em seguida, diz a distância para a explosão de supernova. Medindo a mudança Doppler da luz da galáxia anfitriã da supernova indica a velocidade a que a galáxia está se afastando da Terra. A velocidade dividida pela distância produz a constante de Hubble. Para obter uma figura precisa, muitas dessas medições devem ser feitas a diferentes distâncias.quando duas estrelas de nêutrons colidem, elas produzem uma explosão e uma explosão de ondas gravitacionais. A forma do sinal da onda gravitacional diz aos cientistas como era “brilhante” a explosão das ondas gravitacionais. Medir o “brilho”, ou intensidade das ondas gravitacionais como recebidas na terra pode produzir a distância.

“Este é um meio de medição completamente independente que esperamos possa esclarecer qual é o verdadeiro valor da constante de Hubble”, disse Mooley.no entanto, há uma reviravolta. A intensidade das ondas gravitacionais varia com sua orientação em relação ao plano orbital das Duas Estrelas de nêutrons. As ondas gravitacionais são mais fortes na direção perpendicular ao plano orbital, e mais fracas se o plano orbital é edge-on como visto da Terra.

“a fim de usar as ondas gravitacionais para medir a distância, precisávamos saber essa orientação”, disse Adam Deller, da Universidade de tecnologia de Swinburne, na Austrália.durante um período de meses, os astrônomos usaram os radiotelescópios para medir o movimento de um jato superfast de material ejetado da explosão. “Nós usamos essas medidas juntamente com simulações hidrodinâmicas detalhadas para determinar o ângulo de orientação, permitindo assim o uso das ondas gravitacionais para determinar a distância”, disse Ehud Nakar da Universidade de Tel Aviv.esta única medição, de um evento a cerca de 130 milhões de anos-luz da terra, ainda não é suficiente para resolver a incerteza, disseram os cientistas, mas a técnica agora pode ser aplicada a futuras fusões de Estrelas de nêutrons detectadas com ondas gravitacionais.”pensamos que mais 15 eventos que podem ser observados com ondas gravitacionais e em grande detalhe com radiotelescópios, podem ser capazes de resolver o problema”, disse Kenta Hotokezaka, da Universidade de Princeton. “Este seria um avanço importante na nossa compreensão de um dos aspectos mais importantes do universo”, acrescentou.a equipe científica internacional liderada por Hotokezaka está relatando seus resultados na revista Nature Astronomy.

Reference: “A Hubble constant measurement from superluminal motion of the jet in GW170817”, por K. Hotokezaka, E. Nakar, O. Gottlieb, S. Nissanke, K. Masuda, G. Hallinan, K. P. Mooley e A. T. Deller, 8 de julho de 2019, Nature Astronomy.
DOI: 10.1038 / s41550-019-0820-1

O Observatório Nacional de radioastronomia é uma instalação da National Science Foundation, operada sob acordo cooperativo por universidades associadas, Inc.