Novas evidências de que o Universo pode ter o dobro da idade que pensávamos

Uma imagem espetacular do Telescópio Espacial James Web (JWST) do Universo profundo, a visão mais próxima da sua origem no Big Bang, mostra uma densidade de galáxias muito maior do que a esperada.

Esse aglomerado de galáxias nas origens do Universo é teoricamente impossível, a menos que presumamos que a formação e a evolução inicial das estrelas e galáxias ocorreram muito antes do que se supunha, ou que o Universo é muito, muito mais antigo, milhões de anos mais antigo do que pensávamos.

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O aglomerado de galáxias SMACS 0723 visto em luz infravermelha média pelo Telescópio Espacial James Webb, da NASA. À direita, a imagem no infravermelho próximo do James Webb. NASA, ESA, CSA, STScI, CC BY

As observações do Telescópio Espacial James Webb revelaram galáxias maciças e brilhantes com evolução incompreensível em um Universo com idade estimada de cerca de 13,8 bilhões de anos (ou Giga anos, Ga), de acordo com o modelo padrão Lambda-CDM (?CDM Cosmological Constant Cold Dark Matter - matéria escura fria com constante cosmológica). As galáxias descobertas teriam de ser muito mais antigas do que o próprio Universo.

Essas descobertas intrigantes nos forçam a revisitar algo fundamental: como contamos os anos cósmicos.

A idade das estrelas

Do mínimo ao máximo, se soubermos a idade das estrelas mais antigas, teremos uma referência para a idade de toda a galáxia e, se soubermos a idade de muitas galáxias, poderemos ter uma referência para a idade total do Universo. Mas isso é tão relevante que temos de ser muito cuidadosos com os métodos que usamos.

A nucleocosmocronologia tem sido usada, por exemplo, para descobrir a idade do Sol (4,57 ± 0,02 bilhões de anos) e da Via Láctea, mas também para descobrir quais foram as primeiras estrelas.

O método baseia-se na medição da quantidade de tório (232Th) e urânio (238U) que as estrelas tiveram tempo de produzir. Também é possível descobrir em que fase elas estão calculando a quantidade de combustível (hidrogênio) que consumiram e quanto lhes resta para sair da sequência principal, a fase inicial de sua vida.

Sabemos disso porque elas mudam de cor. Estrelas que estão cromaticamente acima de um determinado nível de azul (conhecido como turnoff point) já terão saído da sequência principal, ficando avermelhadas e aumentando de tamanho, enquanto estrelas mais avermelhadas e menores ainda são jovens.

Conhecendo a idade de muitas estrelas, podemos deduzir a idade dos aglomerados globulares. Agora, se a idade do Universo é estimada em 13,8 Ga, temos que deduzir o tempo entre o Big Bang e a formação do aglomerado e levar em conta um mínimo de tempo gasto em sua formação. Com tudo isso, a idade dos aglomerados mais antigos não deve exceder 13,6 Ga.

A idade universal

Até o momento, os dados de vários experimentos não foram agregados em um único modelo capaz de fornecer uma escala de idade universal global e em todo o domínio do tempo. Tampouco existe uma calibragem cruzada sistemática e robusta que compare os valores obtidos entre os vários métodos usados. Portanto, é um verdadeiro desafio estabelecer o limite de idade dos objetos no Cosmos, ou seja, encontrar o número máximo de anos desde que eles foram formados.

Isso representa um enorme desafio para restringir as idades dos objetos no Universo. Com os novos dados do James Webb, não tivemos escolha a não ser começar do zero, sem levar em conta os limites que havíamos estabelecido. Tivemos que olhar novamente, pensando que os aglomerados, as galáxias e o Universo inteiro podem ser muito mais antigos do que a física convencional havia estabelecido.

E foi isso que fizemos: investigamos os aglomerados globulares sem levar em conta o limite inferior de idade que foi estabelecido para eles. E temos novas evidências de que o Universo é "mais velho" do que supúnhamos.

Idade ou aparência de idade

A pesquisa de Rajendra P. Gupta, da Universidade de Ottawa (Canadá), já havia soado o alarme. Seu trabalho dobra a idade do Universo estabelecida atualmente. Gupta relata que ela deve ser 26,7 Ga, o dobro que pensávamos.

Esse resultado explica a existência e a formação de galáxias maciças quando o Universo, teoricamente, ainda era jovem. Os resultados de Gupta resolvem o dilema apresentado pela imagem do Universo profundo do Telescópio Espacial James Webb.

A abundância de estrelas azuis

Nosso trabalho apresenta ainda mais argumentos a favor de um Universo mais velho. Desenvolvemos um método mais objetivo para determinar a idade com base na abundância de estrelas retardatárias azuis (Blue Straggler ou BS) em aglomerados globulares. As blue stragglers são estrelas que parecem ser mais jovens do que a idade do sistema estelar ao qual pertencem. Nunca havia sido feita nenhuma tentativa de inferir as idades dos aglomerados globulares usando esse método.

Em nosso trabalho, mostramos que o surgimento e/ou a formação das estrelas retardatárias começa na origem do aglomerado. Isso implica que o número de estrelas BS serve como um indicador da idade do aglomerado.

Descobrimos que alguns aglomerados tinham idades entre 14,7 e 21,6 Ga, inferindo um Universo com idade em torno de 26 Ga, muito próximo dos 26,7 Ga, o valor deduzido pelo modelo de Gupta.

O método desenvolvido foi relatado no American Journal of Astronomy and Astrophysics.

Sem necessidade de matéria escura

Há outros estudos que se alinham com nosso resultado, como o que descobriu que as idades de algumas estrelas muito antigas pobres em metais variam entre 13,3 Ga e 16,0 Ga.

Mas nossos resultados vão além: é possível explicar a presença de galáxias maciças primitivas, aglomerados globulares muito antigos e estrelas muito antigas sem a necessidade de levar em conta a matéria escura.

Tudo isso reforça a necessidade de uma revisão crítica dos modelos que preveem a existência de matéria escura e da energia escura, bem como dos modelos já estabelecidos sobre a dinâmica do Universo.

Precisamos criar novos modelos que se ajustem e respondam ao que estamos observando.

Félix Llorente de Andrés, pesquisador, Centro de Astrobiologia (INTA-CSIC)

Este artigo é republicado do The Conversation sob uma Creative Commons license. Leia o original aqui.