Pesquisadores do ON/MCTI testam variabilidade da velocidade da luz com observações cosmológicas

Com o objetivo de desafiar a validade do modelo cosmológico padrão, que fornece atualmente a melhor descrição do universo, pesquisadores do Observatório Nacional (ON), unidade de pesquisa vinculada ao Ministério da Ciência, Tecnologia e Inovações (MCTI), testaram, em um estudo recente, a variabilidade da velocidade da luz.

A variabilidade da velocidade da luz corresponde à sua capacidade de mudar, ou seja, estudar a variabilidade da velocidade da luz é estudar se existe alguma variação nessa constante.

Embora testes do tipo tenham sido minuciosamente realizados por décadas e com bastante precisão, essas análises em escalas cosmológicas ainda são escassas. Isso porque ainda é um desafio fazer observações precisas em altos redshifts (grandeza que reflete a distância de um objeto no cosmos).

Crédito: ESA/Hubble & Nasa, W. Harris. Reconhecimento: L. Shatz

De acordo com os pesquisadores, testar a variabilidade das constantes fundamentais na natureza consiste em um dos testes mais fortes da Física Fundamental. Afinal, qualquer evolução significativa desses valores sugeriria imediatamente uma nova física Consequentemente, exigiria uma profunda reformulação do modelo padrão de Cosmologia e Partículas, sem falar do Eletromagnetismo, da Termodinâmica e da Gravitação.

Até hoje, os testes realizados na Terra e em sua vizinhança solar não forneceram evidências dessa evolução. Mas, como são escassos, há o interesse por parte dos pesquisadores em seguir confrontando a validade dos modelos.

E foi justamente isso que serviu de inspiração para os pesquisadores Gabriel Rodrigues, mestrando em Astronomia pelo ON, e Carlos Bengaly, pós-doc do ON, em seu estudo recente.

“Nosso objetivo era revisitar esses testes que já foram realizados usando diferentes métodos e conjuntos de dados para buscar novas físicas que ajudem a resolver, ou descartar, a possibilidade de alguma evolução”, explicaram os pesquisadores.

Para testar a variabilidade da velocidade da luz, os pesquisadores realizaram uma análise utilizando o conjunto de dados Pantheon e medições do Parâmetros de Hubble.

“Neste trabalho foi feita uma análise independente de modelo, partindo da relação de distância do diâmetro angular para um Universo plano e chegando a uma relação para a velocidade da luz em um valor de redshift onde a distância do diâmetro angular atinge seu valor máximo. Essa relação depende apenas de dados da distância do diâmetro angular e do parâmetro de Hubble neste redshift”, explicou Gabriel Rodrigues.

Segundo os pesquisadores, foram utilizadas 1048 medidas de distância de luminosidade obtidas por Supernovas do tipo Ia (supernovas que resultam da violenta explosão de anãs brancas) da compilação de dados do Pantheon e 48 medidas do parâmetro de Hubble obtidas através de idades de galáxias e BAO radial (Oscilações Acústicas de Bárions).

O objetivo era reconstruir a curva da distância do diâmetro angular e do parâmetro de Hubble, respectivamente. Conforme explicou Bengaly, essas reconstruções foram feitas através de um método de aprendizado de máquina chamado processos gaussianos. Assim, não é necessário presumir um modelo cosmológico para a reconstrução, algo que poderia enviesar os resultados.

Como resultado, os pesquisadores obtiveram uma medição de precisão de 5% da velocidade da luz, quando o Universo tinha apenas cerca de 4 bilhões de anos. Além disso, não encontraram evidências da variabilidade da velocidade da luz na faixa de redshift entre 0 e 2, que cobre um tempo de viagem da luz de aproximadamente 10,5 bilhões de anos.

“Planejamos repetir essa análise com medições simuladas de pesquisas futuras, como J-PAS. No geral, nossos resultados não encontraram nenhuma variação significativa na velocidade da luz e estão consistentes com a suposição de que as constantes físicas fundamentais não variam. Portanto, as descobertas ajudam a sustentar os fundamentos do modelo cosmológico padrão.”

O estudo resultou no artigo “ A model-independent test of speed of light variability with cosmological observations ”, submetido para publicação em dezembro de 2021 e, agora, aguarda aprovação.