Grande avanço científico sustenta modelos do Big Bang

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por Hugh Ross

4 de setembro de 2023

Um problema significativo tem preocupado os cosmólogos – e o modelo do big bang – pelo menos nas últimas duas décadas, desde que os astrônomos fizeram, pela primeira vez, medições precisas da taxa à qual o Universo se expande. O problema é uma aparente discrepância no valor da constante de Hubble, H₀, a taxa na qual o cosmos está se expandindo. Medições feitas por dois métodos diferentes produzem resultados discrepantes. Os astrônomos chamam este problema de “tensão da constante de Hubble”.

O valor de H₀ determinado através da observação de estrelas variáveis Cefeidas relativamente locais (em termos astronômicos) e supernovas do tipo Ia parece diferir do valor obtido através da análise da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMBR) distante, a radiação que sobra do evento de origem cósmica, observado e mapeado nos confins do universo.

Os criacionistas da Terra jovem citam a tensão da constante de Hubble como evidência de que os modelos do big bang devem ser falsos, [1] enquanto alguns astrônomos investigadores citam a tensão da constante de Hubble como evidência da existência de uma “nova física” – uma lei ou constante física anteriormente oculta. [2] Algumas de suas sugestões incluem energia escura fantasma, gravidade bimétrica, desaparecimento da energia escura e dinâmica newtoniana modificada.

Ambos os grupos põem em causa o modelo padrão do big bang (na verdade, um conjunto de modelos do big bang) e afirmam que ele requer uma revisão significativa, se não mesmo uma rejeição total. Além do mais, dado o estreito paralelo entre as características do modelo do big bang e a descrição bíblica da nossa origem e características cósmicas, estes grupos põem em causa a exatidão e fiabilidade das Escrituras. [3]

Tensão da Constante de Hubble

É evidente que há muito em jogo na tensão da constante de Hubble, não apenas cientificamente, mas também teológica e ideologicamente. Então, quão problemática é a discrepância?

Em pelo menos dois artigos publicados recentemente sobre a tensão, apresentei três abordagens astronômicas diferentes para resolver a discrepância que, se combinadas, não exigiriam qualquer recurso à nova física. [4] Quando estes artigos apareceram, o melhor valor de H₀ determinado localmente era 74,03 ± 1,42 quilômetros/segundo/megaparsec (km/s/Mpc), onde um megaparsec = 3,26156 milhões de anos-luz, ou 30,858 milhões de trilhões de quilômetros; e o melhor valor de H₀ determinado a partir dos mapas da CMBR foi 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc. A diferença de 6,6 km/s/Mpc, que equivale a uma discrepância de 4,4 desvios padrão, implicava que a disparidade era provavelmente mais do que um acaso estatístico.

Mais recentemente, a discrepância diminuiu ainda mais. O melhor valor de H₀ determinado localmente a partir de observações de estrelas variáveis Cefeidas e supernovas do tipo Ia é 73,01 ± 0,99 km/s/Mpc. [5] O melhor valor de H₀ determinado a partir de mapas da CMBR e oscilações acústicas bariônicas é 67,66 ± 0,42 km/s/Mpc. [6] Entretanto, como ambas as medições incluem cálculos de erros estatísticos e sistêmicos, as barras de erro associadas a elas tornaram-se menores, tornando a discrepância ligeiramente maior, não conseguindo assim aliviar a tensão.

De uma perspectiva histórica, esta diferença no valor de H₀ pareceria insignificante. Quando eu era estudante de pós-graduação, uma equipe de astrônomos afirmava que H₀ era de cerca de 50 km/s/Mpc, enquanto outra equipe parecia certa de que H₀ era de cerca de 100 km/s/Mpc. O professor de um curso de cosmologia observacional que fiz respondeu à discrepância com este comentário: “Qual é o fator de dois entre amigos?” Na altura, a combinação dos erros estatísticos e sistemáticos ultrapassava os 30 km/s/Mpc. É evidente que a diferença entre as determinações de H₀ diminuiu enormemente – por um fator de dez – com o tempo e o avanço da investigação, mas mesmo assim a tensão permaneceu. 

 

A cosmologia moderna está em crise?

A literatura popular chegou ao ponto de declarar que a cosmologia está em crise por causa da tensão constante de Hubble. No entanto, como discuti em artigos de três anos atrás, o fato de nossa galáxia, a Via Láctea (GVL), residir em uma região subdensa do universo aumenta as medições de H₀ com base em observações locais em pelo menos 1–2%.

Contudo, os astrônomos compreenderam que num universo dominado pela energia escura e pela matéria escura, como afirmam as observações, H₀ será 1% menor no início cósmico do que é hoje. Além disso, medições (mesmo antes de 2020) da taxa de expansão cósmica local com base em um indicador de distância chamado estrelas de ponta do ramo da gigante vermelha (TRGB), em vez de estrelas variáveis Cefeidas, mostraram o valor de H₀ como 69,8 ± 0,8 km/s/Mpc. [7] Medições ainda mais recentes e abrangentes da taxa de expansão cósmica local baseadas em estrelas TRGB produziram valores para H₀ como 71,5 ± 1,8 km/s/Mpc [8] e 72,94 ± 1,98 km/s/Mpc, [9] respectivamente.

Embora a maioria dos astrônomos concorde que estes ajustes ajudaram a aliviar pelo menos parte da tensão constante de Hubble, persistia um certo desconforto. Contudo, esta tensão não precisa mais permanecer. 

O Faltante Fator de Dilatação do Tempo

Em um artigo publicado há algumas semanas, expliquei como os modelos do big bang prevêem que os relógios no universo distante funcionam mais lentamente do que os relógios na GVL. [10] O tempo, medido por relógios que se movem a altas velocidades em relação à Terra, será alongado por um fator de 1 dividido pela raiz quadrada de (1 – v²/c²), onde v é a velocidade com que o próprio relógio se move (em relação aos relógios da Terra) e c é a velocidade da luz. Num universo em expansão, as galáxias afastam-se da Terra a velocidades proporcionais às suas distâncias. O artigo prossegue descrevendo como os astrônomos desenvolveram a capacidade de utilizar certos “relógios” localizados em quasares a mais de 12,8 mil milhões de anos-luz de distância para testar e afirmar a validade deste efeito e, portanto, a previsão do big bang.

Mais recentemente ainda, um astrônomo e um engenheiro, trabalhando independentemente um do outro, salientaram, nos seus artigos publicados, que um fator sistemático chave na determinação do valor da constante de Hubble foi negligenciado. [11] Esse fator é a dilatação do tempo.

Devido à dilatação do tempo, que é inerente a todos os modelos do big bang, diferentes tempos de início para a determinação de H₀ produzirão inevitavelmente valores medidos ligeiramente diferentes. No caso de medições de H₀ baseadas em mapas do CMBR, a direção do tempo aponta para o futuro, até hoje, a partir da superfície do último espalhamento. Naquela época, o universo passou de opaco para transparente, cerca de 380.000 anos após o evento de criação cósmica. No caso de medições de H₀ determinadas localmente através de observações de estrelas Cefeidas e TRGB e supernovas do tipo Ia, a direção do tempo aponta para trás, do presente em direção ao momento em que o universo fez a transição. Em ambos os casos, a medição de H₀ inclui o efeito da dilatação do tempo cósmico.

Para determinações de H₀ baseadas em observações de estrelas e galáxias locais, o efeito da dilatação do tempo aumenta o valor de H₀, adicionando cerca de 5 km/s/Mpc. Para determinações de H₀ baseadas em observações de mapas da CMBR e galáxias muito distantes, a dilatação do tempo resulta numa diminuição no valor de H₀, uma diminuição equivalente a cerca de 5 km/s/Mpc.

Ambos os valores medidos de H₀ são válidos e ambos são consistentes entre si quando a dilatação do tempo, que o big bang prevê, é totalmente levada em conta. Simplificando, a dilatação do tempo remove a aparente discrepância nas medições da constante de Hubble. A tensão foi aliviada. 

Implicações Teológicas/Ideológicas

A resolução da tensão constante de Hubble representa uma boa notícia para os proponentes do modelo padrão do big bang. Para os proponentes de uma criação cósmica recente, representa o oposto. [12] Dado que a Bíblia previu algumas das características fundamentais da cosmologia do big bang muito antes de os astrônomos as descobrirem, a resolução da tensão constante de Hubble ajuda a afirmar uma doutrina fundamental do Cristianismo – a inspiração sobrenatural e a inerrância da Bíblia em todos os tópicos que aborda. 

Notas de Fim

1. Danny R, Faulkner, “The Newest Finding of the Expansion of the Universe”, (blog), Answers in Genesis (May 10, 2019), https://answersingenesis.org/astronomy/newest-finding-on-expansion-of-universe/; Danny R. Faulkner, “A Recent Astronomy Conference”, (blog), Answers in Genesis (26 de janeiro de 2018), https://answersingenesis.org/blogs/danny-faulkner/2018/01/26/recent-astronomy-conference/.
2. Stephano Gariazzo et al., “Late-Time Interacting Cosmologies and the Hubble Constant Tension”, Physical Review D 106, n.º 2 (julho de 2022): id. 023530, doi:10.1103/PhysRevD.106.023530; Rance Solomon, Garvita Agarwal e Dejan Stojkovic, “Environment Dependent Electron Mass and the Hubble Constant Tension”, Physical Review D105, n.º 10 (maio de 2022): id. 103536, doi:10.1103/PhysRevD.105.103536; Weiqiang Yang et al., “Emergent Dark Energy, Neutrinos and Cosmological Tensions”, Physics of the Dark Universe 31 (janeiro de 2021): id. 100762, doi:10.1016/j.dark.2020.100762; Xiaolei Li e Arman Shafieloo, “Evidence for Emergent Dark Energy”, Astrophysical Journal 902, n.º 1 (10 de outubro de 2020): id. 58, doi:10.3847/1538-4357/abb3d0; Maria G. Dainotti et al., “On the Hubble Constant Tension in the SNe Ia Pantheon Sample”, Astrophysical Journal 912, n.º 2 (10 de maio de 2021): id. 150, doi:10.3847/1538-4357/abeb73;
3. Hugh Ross, “What Does the Bible Say about the Big Bang?” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 6 de fevereiro de 2023.
4. Hugh Ross, “Resolving the Cosmic Expansion Rate Anomaly”, Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 6 de abril de 2020; Hugh Ross, “Are Astronomers Confused about the Cosmic Creation Event?” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 24 de junho de 2019.
5. Mauricio Cruz Reyes e Richard I. Anderson, “A 0.9% Calibration of the Galactic Cepheid Luminosity Scale Based on Gaia DR3 Data of Open Clusters and Cepheids”, Astronomy & Astrophysics 672 (abril de 2023): id. A85, doi:10.1051/0004-6361/202244775; Adam G. Riess et al., “A Comprehensive Measurement of the Local Value of the Hubble Constant with 1 km s^-1 Mpc^-1 Uncertainty from the Hubble Space Telescope and the SH0ES Team, Astrophysical Journal Letters 934, n.º 1 (20 de julho de 2022): id. L7, doi:10.3847/2042-8213/ac5c5b; Adam G. Riess et al., “Cluster Cepheids with High Precision Gaia Parallaxes, Low Zero-Point Uncertainties, and Hubble Space Telescope Photometry”, Astrophysical Journal 938, n.º 1 (10 de outubro de 2022): id. 36, doi:10.3847/1538-4357/ac8f24.
6. Planck Collaboration, N. Aghanim et al., “Planck 2018 Results. VI. Cosmological Parameters”, Astronomy & Astrophysics 641 (setembro de 2020): id. A6, doi:10.1051/0004-6361/201833910.
7. Wendy L. Freedman et al., “The Carnegie-Chicago Hubble Program. VIII. An Independent Determination of the Hubble Constant Based on the Tip of the Red Giant Branch*”, Astrophysical Journal 882, n.º 1 (1º de setembro de 2019): id. 34, doi:10.3847/1538-4357/ab2f73.
8. Gagandeep S. Anand et al., “Comparing Tip of the Red Giant Branch Distance Scales: An Independent Reduction of the Carnegie-Chicago Hubble Program and the Value of the Hubble Constant”, Astrophysical Journal 932, n.º 1 (10 de junho de 2022): id. 15, doi:10.3847/1538-4357/ac68df.
9. D. Scolnic et al., “CATS: The Hubble Constant from Standardized TRGB and Type Ia Supernova Measurements”, submitted to Astrophysical Journal Letters 14 de abril de 2023, eprint arXiv:2304.06693, doi:10.48550/arXiv.2304.06693.
10. Hugh Ross, “New Test Reaffirms Big Bang”, Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 31 de julho de 2023.
11. Naser Mostaghel, “Effects of Time Dilation on the Measurements of the Hubble Constant”, International Journal of Astronomy and Astrophysics 8, n.º 4 (dezembro de 2018): 339–346, doi:10.4236/ijaa.2018.84024; Richard I. Anderson, “Towards a 1% Measurement of the Hubble Constant: Accounting for Time Dilation in Variable-Star Light Curves”, Astronomy & Astrophysics 631 (novembro de 2019): id. A165, doi:10.1051/0004-6361/201936585.
12. Para uma explicação de como a dilatação do tempo cósmico refuta os modelos criacionistas da Terra jovem, veja meu livro A Matter of Days [ou veja aqui], 2ª ed (Covina, CA: RTB Press, 2015), 166–169.

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Traduzido de Major Breakthrough Upholds Big Bang Models

Etiquetas:

astronomia - astrofísica - origem / criação do universo - criacionismo (progressivo) da Terra velha