Está bem estabelecido que o Universo está a expandir-se, mas há sérias divergências entre os cientistas sobre a rapidez com que isso está a acontecer.
Nossas duas melhores maneiras de medir a taxa de expansão cósmica, Constante de HubbleDê respostas teimosas. Isto representa um grande problema na cosmologia moderna, conhecido como estresse de Hubble.
No entanto, questionámo-nos se o que foi originalmente proposto para resolver outro mistério cósmico – a origem do campo magnético cósmico – poderia ajudar-nos a desvendar o mistério da tensão de Hubble.
Nossa pesquisa publicada recentemente Explora se os campos magnéticos extremamente fracos deixados nos primeiros momentos após o Big Bang podem ajudar-nos a superar o stress do Hubble, ao mesmo tempo que oferece um vislumbre da física em energias muito maiores do que qualquer coisa alcançável na Terra.
Constante e tensão de Hubble
Os astrónomos usam a constante de Hubble para medir a rapidez com que o Universo se está a expandir. Tem o nome do astrônomo americano Edwin Hubble Quem primeiro descobriu que o universo está se expandindo.
Existem duas abordagens conceitualmente diferentes para medir a constante de Hubble. Uma é indireta, baseada nas previsões dos nossos modelos cosmológicos ajustados para corresponder ao padrão fundo cósmico de microondasAs fracas consequências do Big Bang.
como um telescópio Telescópio Espacial Planck Foram medidas pequenas flutuações nesta luz antiga, levando a uma constante de Hubble prevista de cerca de 67 quilómetros por segundo por megaparsec (km/seg/Mpc). Um parsec é uma unidade de distância usada em astronomia que equivale a aproximadamente 3,26 anos-luz ou 30,9 trilhões de quilômetros. Um megaparsec equivale a um milhão de parsecs.
O segundo método é mais direto, semelhante ao método utilizado Hubble Na década de 1920, ele demonstrou pela primeira vez que o universo estava se expandindo.
Mede a rapidez com que as galáxias distantes se afastam da nossa galáxia natal, a Via Láctea, observando o brilho das explosões de supernovas em galáxias distantes.
As supernovas do tipo Ia são conhecidas como “velas padrão” porque sabemos que têm o mesmo brilho onde quer que estejam. Isso significa que podemos estimar sua distância pelo quão escuros eles parecem para nós.
Para determinar seu brilho intrínseco, os astrônomos usam outras velas padrão, como estrelas cefeidasEm galáxias próximas. Estas observações, que utilizaram os telescópios espaciais Hubble e James Webb, dão um valor mais elevado de cerca de 73 km/s/Mpc.
Essa diferença entre as duas medições é chamada de tensão de Hubble. A diferença entre 67 e 73 pode parecer pequena, mas é altamente significativa estatisticamente. Se ambos os métodos estiverem corretos, então algo importante estaria faltando em nosso modelo padrão de cosmologia.
De onde veio o campo magnético cósmico?
Existem campos magnéticos em todo o universo. Os planetas e as estrelas geram os seus próprios campos, mas surgem lacunas na nossa compreensão quando tentamos explicar os campos magnéticos de grande escala que permeiam galáxias e aglomerados, e possivelmente até vazios cósmicos.
uma possibilidade há muito estudada É que o magnetismo surgiu cedo no universo, muito antes da formação das primeiras estrelas ou galáxias. Esses chamados campos magnéticos fundamentais têm sido estudados há décadas, e vestígios deles estão sendo procurados. fundo cósmico de microondas E outros dados fornecem uma forma de investigar o universo primitivo e as energias extremas que podem ter gerado estas regiões.
Em 2011, dois de nós (Carsten e Tom) contamos Esse campo magnético fundamental afetará Recombinação – Quando elétrons e prótons se combinaram pela primeira vez para formar hidrogênio neutro – e o universo mudou de opaco para transparente. A primeira luz capaz de viajar livremente a partir daquele momento é o que hoje vemos como radiação cósmica de fundo em micro-ondas.
Se presente, o campo magnético primordial aceleraria a recombinação empurrando e puxando partículas carregadas, fazendo com que a matéria se aglomerasse ligeiramente. Onde há mais aglomeração de partículas, é mais provável que elas se encontrem e formem hidrogênio.
Mudanças no momento em que o universo se torna transparente alteram a forma dos padrões vistos na radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Isto altera efetivamente a régua cósmica usada para medir distâncias e, por sua vez, o valor da constante de Hubble prevista no modelo, ajudando a reduzir o estresse de Hubble. Dois de nós (Carsten e Levon) tocamos Este efeito em 2020 usando um modelo simplificado de recombinação.
Um avanço: o que descobrimos
Em nosso novo artigoUsámos a primeira simulação tridimensional completa de um plasma primordial com campos magnéticos incorporados, rastreando como o hidrogénio é formado.
Usámos a história da formação de hidrogénio encontrada através destas simulações para calcular previsões sobre como seria a radiação cósmica de fundo em micro-ondas se existissem campos magnéticos primordiais, e testámos estas previsões em comparação com observações de fundo.
A radiação cósmica de fundo é excepcionalmente sensível a mudanças na recombinação. Se os campos magnéticos primitivos o alterassem de uma forma que discordasse das observações, esta ideia poderia ser descartada. Em vez disso, os dados mostraram que a nossa proposta continua viável.
Em múltiplas combinações de conjuntos de dados, encontramos uma preferência suave e consistente por campos magnéticos primordiais, variando de cerca de 1,5 a três desvios padrão. Esta não é uma descoberta ainda, mas uma indicação significativa de que eles existem.
Igualmente importante, as intensidades de campo apoiadas pelos dados atuais, cerca de cinco a 10 pico-Gauss, estão próximas do que é necessário para que os campos magnéticos de galáxias e aglomerados surjam apenas de sementes primordiais. Pico-Gauss é uma unidade usada para medir a intensidade do campo magnético.
Além de ajudar a aliviar o estresse do Hubble, se os campos magnéticos primordiais forem confirmados, eles abrirão uma nova janela sobre como era o universo quando tinha apenas alguns segundos de existência, talvez oferecendo um vislumbre de eventos importantes como o Big Bang.
Nossos resultados mostram que a proposta resiste aos testes mais extensos disponíveis atualmente e fornece um alvo claro para observações futuras. Nos próximos anos, aprenderemos se pequenos campos magnéticos desde o início dos tempos ajudaram a moldar o universo que vemos hoje e se eles são a chave para resolver a tensão de Hubble.
