Pesquisadores da University of Illinois Urbana-Champaign e da University of Chicago desenvolveram uma abordagem inovadora para calcular a constante de Hubble usando ondas gravitacionais de colisões de buracos negros. Essa técnica, conhecida como método da sirene estocástica, analisa o zumbido de fundo de fusões fracas para potencialmente resolver a tensão de Hubble. Os achados, aceitos para publicação no Physical Review Letters, oferecem precisão aprimorada com dados atuais.
Astrônomos debatem a taxa de expansão do universo há décadas, dependendo da constante de Hubble para quantificá-la. Medições de observações do universo primordial conflitam com as de eventos cósmicos mais recentes, criando a tensão de Hubble—um quebra-cabeça chave na cosmologia. Uma equipe liderada pelo estudante de pós-graduação em física de Illinois Bryce Cousins introduziu o método da sirene estocástica, que estuda o fundo de ondas gravitacionais produzido por inúmeras fusões de buracos negros não detectadas. Essas ondulações no espaço-tempo, detectadas pela Colaboração LIGO-Virgo-KAGRA, formam um zumbido cósmico fraco que revela taxas de colisão em todo o universo. Ao ligar essas taxas ao volume observável, o método infere a velocidade de expansão: uma constante de Hubble menor comprimiria eventos em um espaço menor, fortalecendo o sinal de fundo. Usando dados existentes do LIGO-Virgo-KAGRA, os pesquisadores descartaram taxas de expansão muito lentas sem detectar o fundo diretamente. Combinando isso com dados de fusões individuais, obtiveram uma estimativa mais precisa da constante de Hubble, alinhada ao intervalo disputado da tensão. À medida que os detectores melhoram, a abordagem promete resultados mais nítidos; os cientistas antecipam a detecção do fundo em cerca de seis anos. Nicolás Yunes, professor de física de Illinois e diretor fundador do Illinois Center for Advanced Studies of the Universe, declarou: «Este resultado é muito significativo—é importante obter uma medição independente da constante de Hubble para resolver a tensão de Hubble atual. Nosso método é uma forma inovadora de aprimorar a precisão das inferências da constante de Hubble usando ondas gravitacionais.» Daniel Holz, professor de física e astronomia da University of Chicago, acrescentou: «Não é todo dia que se cria uma ferramenta completamente nova para a cosmologia. Mostramos que, usando o zumbido de fundo de ondas gravitacionais de buracos negros se fundindo em galáxias distantes, podemos aprender sobre a idade e composição do universo. Esta é uma direção empolgante e totalmente nova, e aguardamos aplicar nossos métodos a conjuntos de dados futuros para ajudar a restringir a constante de Hubble, bem como outras quantidades cosmológicas chave.» O estudo envolveu colaboradores incluindo Kristen Schumacher, Ka-wai Adrian Chung de Illinois, e Colm Talbot e Thomas Callister de Chicago. O financiamento veio da NSF, Simons Foundation, NASA e outros. O artigo está programado para a edição de 11 de março do Physical Review Letters e está disponível no arXiv.