Equipa internacional testa uma das constantes fundamentais do Universo

Recorrendo a alguns dos espectrógrafos mais precisos do mundo – UVES (telescópios VLT, do ESO), HIRES (telescópios Keck) e HDS (telescópio Subaru) – uma equipa internacional procurou variações de velocidade relativa no espectro de absorção do Quasar HS 1549+1919. Essas variações permitem medir a constante de estrutura fina (α ou Alfa), uma das constantes fundamentais do Universo, cujo valor caracteriza o comportamento de uma das forças fundamentais do Natureza – a força eletromagnética.

A luz deste Quasar, situado a 11,5 mil milhões de anos-luz, atravessou três galáxias diferentes, respetivamente há 10, 9 e 8 mil milhões de anos atrás. Cada uma delas absorveu parte do espectro do Quasar, deixando nessa absorção pistas de como a força eletromagnética se comportava em cada uma dessas épocas.

Tyler Evans (CAS, U. Swinburne), o primeiro autor deste artigo, explica que “nós dividimos a luz, de forma muito precisa, nas suas cores constituintes, produzindo um arco-íris com uma espécie de “código de barras” de cores em falta. Este padrão permite-nos medir o comportamento do eletromagnetismo”.

A necessidade de usar os três grandes telescópios surge dos erros nas medições. É que, a existirem variações de Alfa, como alguns estudos anteriores sugeriam, estas serão muito pequenas. Comparando as três medições é possível minimizar os erros de medição.

Carlos Martins (Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço/Centro de Astrofísica, Universidade do Porto), um dos co-autores do artigo, comenta que “para realizar estes testes, é necessário levar os atuais espectrógrafos até ao limite, e melhora-los é fundamental para a cosmologia moderna.”

Depois de corrigidos os erros, os dados dos três telescópios dão a mesma resposta: Se nos últimos 10 mil milhões de anos houve alguma uma variação de Alfa, e por consequência, da força eletromagnética, terá sido uma variação inferior a algumas partes por milhão. Segundo Michael Murphy (CAS, U. Swinburne), outros dos co-autores do estudo “penso que esta terá sido a medição mais precisa do género, até à data”.

Além das possíveis variações de Alfa, este estudo serviu também para tentar desvendar um dos maiores enigmas da cosmologia moderna – a verdadeira natureza da Energia Escura. O estudo da energia escura é um dos objetivos do projeto FCT do CAUP: O Lado Escuro do Universo.

Carlos Martins, o investigador principal deste projeto, diz que “estas novas técnicas são importantes para a preparação de testes semelhantes, a serem realizados pelo ESPRESSO, e pelo European Extremely Large Telescope (E-ELT, do ESO), dois projetos nos quais o CAUP está bastante envolvido”.

A física por detrás destas constantes fundamentais do Universo, como a constante de estrutura fina, é ainda um mistério para a cosmologia moderna. Estas aparecem no modelo padrão da física de partículas como parâmetros que não podem ser calculados, tendo de ser medidos em laboratório, com os respetivos valores inseridos à mão no modelo.

A existir, uma Grande Teoria Unificada terá de prever a existência e os valores destas constantes, além de explicar qual a sua dependência de outros parâmetros.

O artigo “The UVES Large Program for testing fundamental physics – III. Constraints on the fine-structure constant from 3 telescopes”, foi aceite para publicação na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (disponível em: http://arxiv.org/abs/1409.1923).

Ricardo Cardoso Reis

LEGENDA Figura 1: Esquema da medição do espectro do Quasar  HS 1549+1919, pelos telescópio do VLT (ESO, Chile), Keck e Subaru (Havai). (Copyright © Swinburne Astronomy Productions)