SN Winny: Lente Gravitacional Multiplica Supernova

A taxa na qual o nosso universo se expande, conhecida como a constante de Hubble, continua a ser uma das disputas mais significativas da física moderna, criando uma discrepância que desafia o modelo padrão da cosmologia. Uma equipe de pesquisa na Universidade Técnica de Munique (TUM), na Universidade Ludwig Maximilians (LMU) e nos Institutos Max Planck (MPA e MPE) identificou um evento celestial raro que pode finalmente resolver esse conflito. Em agosto de 2025, astrônomos descobriram a SN 2025wny, apelidada de SN Winny, uma supernova superluminosa cuja luz foi dividida em cinco imagens distintas por uma lente gravitacional. Este alinhamento único fornece uma ferramenta independente de etapa única para medir distâncias cósmicas e calcular a taxa de expansão com uma precisão sem precedentes.

O que é a Tensão de Hubble?

A tensão de Hubble refere-se ao desdobramento significativo entre dois métodos principais usados para calcular a taxa de expansão do universo. Um método mede o universo "local" usando a escada de distâncias cósmicas, enquanto o outro analisa a radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB) do universo primitivo. Apesar da alta precisão em ambas as abordagens, os resultados não coincidem, sugerindo que nossa compreensão fundamental da física ou da energia escura pode estar incompleta. Resolver essa tensão é fundamental porque a constante de Hubble dita a idade, o tamanho e o destino final do cosmos.

As medições tradicionais muitas vezes dependem de etapas complexas de calibração. O método local utiliza "velas padrão", como tipos específicos de estrelas ou supernovas, para estimar distâncias. No entanto, como cada etapa na escada de distâncias cósmicas depende da precisão da anterior, pequenos erros sistemáticos podem se acumular. Por outro lado, o método CMB baseia-se em modelos de como o universo evoluiu ao longo de bilhões de anos. Se esses modelos contiverem até mesmo pequenas imprecisões em relação ao comportamento da energia escura ou da matéria, a taxa de expansão calculada será distorcida. A SN Winny oferece uma maneira de contornar esses problemas por meio de uma medição geométrica direta.

Como o lenteamento gravitacional cria imagens múltiplas de uma supernova?

O lenteamento gravitacional cria múltiplas imagens de uma supernova quando uma galáxia ou aglomerado de galáxias massivas em primeiro plano curva e amplia a luz da supernova ao longo de caminhos separados. De acordo com a relatividade geral de Einstein, a gravidade deforma o tecido do espaço-tempo; à medida que a luz da SN Winny viajou 10 bilhões de anos-luz em direção à Terra, ela encontrou duas galáxias em primeiro plano. Esse alinhamento massivo agiu como uma lupa cósmica natural, dividindo a luz em cinco caminhos distintos de comprimentos variados, resultando em cinco cópias azuladas da mesma estrela em explosão aparecendo no céu noturno.

A geometria deste sistema de lente específico é excepcionalmente limpa, o que representa uma mudança em relação a descobertas anteriores. "Até agora, a maioria das supernovas com lenteamento eram ampliadas por aglomerados de galáxias massivos, cujas distribuições de massa são complexas e difíceis de modelar", explica Allan Schweinfurth, pesquisador da TUM. Como a SN Winny sofre lenteamento por apenas duas galáxias individuais com distribuições de massa suaves, a equipe pode modelar o sistema com alta precisão. Essa simplicidade reduz a incerteza sobre o quanto a luz foi curvada, fornecendo um "mapa" mais claro da jornada que a luz percorreu para chegar ao Large Binocular Telescope no Arizona.

Por que a descoberta da SN 2025wny (SN Winny) é tão rara?

A SN 2025wny é excepcionalmente rara porque é uma supernova superluminosa perfeitamente alinhada com uma lente gravitacional em um alto redshift de z = 2. A probabilidade matemática de uma supernova estar posicionada de forma tão precisa atrás de uma lente em primeiro plano para produzir cinco imagens separadas é inferior a uma em um milhão. Esta descoberta foi o resultado de uma busca direcionada de seis anos pelo Grupo de Pesquisa SN Winny, que compilou uma lista de lentes gravitacionais promissoras antes que o evento finalmente ocorresse em agosto de 2025.

A raridade é agravada ainda mais pela natureza da própria estrela. A SN Winny é uma supernova superluminosa, o que significa que é muito mais brilhante do que as explosões estelares típicas. Esse brilho extremo permitiu que o Large Binocular Telescope no Mount Graham capturasse imagens coloridas de alta resolução do sistema, embora ele esteja localizado a 10 bilhões de anos-luz de distância. Sherry Suyu, Professora Associada de Cosmologia Observacional na TUM e Fellow no Instituto Max Planck de Astrofísica, observou que o evento é um marco fundamental para a cosmologia observacional, já que apenas um punhado de tais medições com lenteamento foram tentadas.

Como os atrasos temporais em supernovas com lenteamento podem medir a taxa de expansão do universo?

Os atrasos temporais em supernovas com lenteamento medem a taxa de expansão do universo porque cada uma das cinco imagens percorre um caminho de comprimento diferente para chegar à Terra. Embora a supernova seja um evento único, as imagens não aparecem simultaneamente; em vez disso, elas "cintilam" em momentos diferentes. Ao medir o atraso temporal específico entre essas aparições e combinar esses dados com a massa conhecida das galáxias que atuam como lente, os astrônomos podem calcular diretamente a constante de Hubble sem precisar da escada de distâncias cósmicas de várias etapas.

Esta abordagem de "etapa única" é defendida por Stefan Taubenberger, o autor principal do estudo de identificação publicado na Astronomy & Astrophysics. Como o método depende de uma física diferente e de menos suposições do que as técnicas anteriores, ele serve como um desempate crucial para a tensão de Hubble. Leon Ecker e Allan Schweinfurth construíram os primeiros modelos de distribuição de massa para a lente, confirmando que as galáxias ainda não colidiram, o que preserva a regularidade dos caminhos de luz. Essa regularidade é o que permite o cálculo de alta precisão de quão rápido o espaço entre as galáxias está se expandindo.

Qual é a importância das observações do Large Binocular Telescope?

O Large Binocular Telescope (LBT) no Arizona desempenhou um papel fundamental nesta descoberta ao fornecer as primeiras imagens coloridas de alta resolução do sistema SN Winny. Usando dois espelhos de 8,4 metros de diâmetro e um sistema avançado de óptica adaptativa, o telescópio corrigiu o desfoque atmosférico para revelar as duas galáxias de tons quentes em primeiro plano e as cinco cópias azuladas da supernova. Essas observações são essenciais para determinar as posições exatas das imagens, que são usadas para calcular o potencial gravitacional da lente.

• Instrumento: Large Binocular Telescope, Mount Graham, Arizona.
• Tecnologia: Espelhos duplos de 8,4 metros com óptica adaptativa.
• Descobertas: Cinco imagens distintas de uma única supernova em redshift z = 2.
• Instituições: Colaboração envolvendo pesquisadores do MPE, LMU e TUM.

Implicações para o Futuro da Cosmologia

Os dados da SN Winny poderiam potencialmente confirmar um desvio do Modelo Padrão da Cosmologia. Se a taxa de expansão calculada a partir desta supernova com lenteamento se alinhar com as medições locais em vez dos dados do universo primitivo, isso pode indicar que a energia escura evolui ao longo do tempo ou que uma nova física é necessária para explicar o crescimento do universo. Isso forçaria uma mudança massiva na forma como os cientistas veem a "receita cósmica" de matéria e energia que governa o nosso universo.

Além disso, o sucesso do projeto de pesquisa HOLISMOKES (Highly Optimised Lensing Investigations of Supernovae, Microlensing Objects, and Kinematics of Ellipticals and Spirals) prepara o terreno para futuros observatórios. Espera-se que o Observatório Vera C. Rubin e o Telescópio Espacial James Webb (JWST) encontrem centenas de supernovas com lenteamento na próxima década. A SN Winny serve como o padrão ouro de como essas futuras descobertas serão modeladas e analisadas para resolver o mistério da constante de Hubble.

O que vem a seguir para a SN Winny e a Pesquisa Cosmológica?

Astrônomos de todo o mundo estão conduzindo observações de acompanhamento da SN Winny usando recursos terrestres e espaciais. O objetivo imediato é refinar as medições de atraso temporal à medida que a supernova enfraquece, garantindo a maior precisão possível para o cálculo da constante de Hubble. Esses resultados, apoiados pelo Cluster de Excelência ORIGINS e pela Sociedade Max Planck, provavelmente serão a pedra angular do debate cosmológico nos próximos anos.

Enquanto a comunidade científica aguarda os números finalizados da expansão, a descoberta da SN Winny prova que os "fogos de artifício cósmicos" são mais do que apenas um espetáculo visual; eles são ferramentas matemáticas precisas. Ao transformar uma jornada de 10 bilhões de anos-luz em uma régua geométrica, os pesquisadores estão mais próximos do que nunca de compreender o limite de velocidade fundamental do nosso universo em expansão. A transição de uma busca de seis anos para uma medição inovadora destaca o poder da colaboração internacional na cosmologia observacional.