• Começa com um estrondo

A principal lição a aprender com o maior debate da ciência

Em 1920, os astrônomos debateram a natureza do Universo. Os resultados não tiveram sentido até anos depois, quando chegaram as principais evidências.

Principais conclusões

• Desde 1800, sabíamos de nebulosas espirais e elípticas nos céus, mas não tínhamos ideia se eram galáxias em si mesmas ou objetos distantes dentro da Via Láctea.
• Em 1920, um grande debate foi realizado entre Harlow Shapley e Heber Curtis, onde cada lado argumentou vigorosamente em apoio à sua posição preferida e como interpretar melhor as evidências.
• Apesar de um lado ser considerado o vencedor no debate, nada foi resolvido ou aprendido com o esforço. Somente anos depois, em 1923, a evidência crítica finalmente decidiu a questão.

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Então, você chegou a uma encruzilhada: você acha que o mundo funciona de uma certa maneira, e outra pessoa discorda de você e acha que o mundo funciona de uma maneira diferente. Vocês dois têm seus motivos para estarem convencidos de que seu caminho está certo e a outra pessoa está errada, mas, por algum motivo, vocês não conseguem chegar a um acordo um com o outro. Apesar de concordar com os fatos e as evidências, você não concorda em como interpretá-los e ambos são incapazes de convencer o outro de sua loucura.

Na maioria das áreas da vida, você atribuiria isso a uma diferença de opinião. Mas na ciência, as opiniões realmente não importam: o mundo e o Universo realmente se comportam de uma maneira particular. Ou sua concepção de como o mundo funciona concorda com a realidade, caso em que é válida, ou não, caso em que não é. No entanto, argumentos e debates científicos acontecem o tempo todo, embora nunca resolvam nada. A única solução cientificamente válida é obter a evidência crítica: uma lição da qual todos precisamos ser lembrados.

Em 1920, ocorreu o maior debate da ciência de todos os tempos. Embora um vencedor tenha sido coroado, foi vazio e sem sentido. Somente anos depois, com as observações críticas e revolucionárias de Edwin Hubble, a ciência foi decidida.

Heber Curtis (L) e Harlow Shapley (R) argumentaram suas posições sobre a natureza das nebulosas espirais, com Curtis defendendo uma origem galáctica e Shapley defendendo uma origem proto-estrela.

Em 26 de abril de 1920 — mais de um século atrás — ocorreu o debate mais famoso da história da astronomia: conhecido simplesmente como o grande debate . Dois astrônomos respeitados, Harlow Shapley e Heber Curtis, abordaram a importante questão de saber o que exatamente eram essas “nebulosas” espirais no céu noturno. As duas linhas de pensamento foram as seguintes:

1. Estas são proto-estrelas, em processo de se tornarem estrelas e até sistemas solares, localizadas dentro de nossa própria galáxia, que é muito maior em tamanho e extensão do que normalmente se pensa.
2. Estas são suas próprias galáxias, ou “universos insulares”, localizadas a distâncias tão grandes que devem estar totalmente fora da Via Láctea.

O formato do debate era que seis evidências seriam apresentadas, cada lado apresentaria sua interpretação das evidências e um painel de astrônomos declararia um vencedor em cada ponto e então decidiria o vencedor no final.

As espirais foram claramente observadas desde meados de 1800 como predominantes no céu noturno. Mas a natureza deles era um mistério, e uma tentativa democrática de resolver a questão apenas levantou mais questões sem resposta.

Este foi um exercício brilhante em um aspecto, pois forçou ambos os lados a confrontar um grande conjunto de evidências de muitas observações e medições díspares. Exigia que considerassem até pontos que eram inconvenientes para sua linha de pensamento e eram pontos fortes a favor do argumento da oposição. E isso os obrigou a pensar em maneiras de conciliar suas ideias com o que já havia sido visto.

Mas também consistia em uma tremenda falácia: que votar ou marcar pontos poderia ter algo a ver com “resolver” o debate. Sempre ou onde você está perdendo a evidência crítica que permitiria a um observador imparcial tirar uma conclusão inequívoca, você não pode obter um consenso científico robusto. Votar na ciência é antitético à própria ideia da ciência, mas os debates podem ser úteis para levantar questões que ajudam a esclarecer exatamente quais evidências você precisaria para convencer o outro lado e, assim, chegar a um consenso.

A imagem em destaque mostra a galáxia NGC 7331 junto com outros membros de seu grupo galáctico, incluindo as proeminentes galáxias NGC 7335, 7336, 7337 e 7340. Agora sabemos que uma grande fração das galáxias além da Via Láctea são de natureza espiral, e que todas as nebulosas espirais que estávamos considerando em ~ 1920 são de fato galáxias além da nossa. Mas isso era tudo menos uma conclusão precipitada até que observações importantes e superiores chegassem.

Para o debate Shapley-Curtis, a maioria de nós sabe como acabou. Você provavelmente já ouviu falar sobre “galáxias espirais” e que a Via Láctea é uma delas, e isso é verdade. Mas você pode não saber que 100 anos atrás, a maioria dos profissionais pensava que a Via Láctea era pequena: apenas alguns milhares de anos-luz de tamanho. Não tínhamos noção do que uma estrutura em grande escala poderia significar para o nosso Universo e não tínhamos ideia do Big Bang ou de nossas origens cósmicas.

Mas isso não é uma falha ou uma falha: só temos as evidências que acumulamos a qualquer momento para usar. E quando se tratava da natureza dessas nebulosas espirais, havia seis evidências que pareciam extremamente importantes, a partir de 1920, que guiavam o pensamento principal da astronomia. Aqui está o que eles eram.

Em 1916, foi publicado um artigo que afirmava mostrar os movimentos de estrelas individuais dentro da nebulosa espiral M101, agora conhecida como a galáxia Pinwheel. Esses dados foram contestados na época e mais tarde se mostraram incorretos, mas não antes de muitos tirarem conclusões com base neles.

1.) Uma espiral frontal foi vista girando . A galáxia M101, hoje conhecida como Galáxia Pinwheel, foi observada por muitos anos, e características individuais pareciam mostrar uma rotação ao longo do tempo. As observações estavam dentro dos limites do equipamento, mas se estivessem corretas, significava que esses objetos não poderiam ser grandes e distantes ou seus movimentos excederiam a velocidade da luz. (As observações modernas discordam disso; os dados eram falhos.)

2.) Objetos semelhantes a novas em chamas foram vistos em M31 (Andrômeda), mas eram incrivelmente fracos . Havia mais novas observadas em M31 do que em toda a Via Láctea, e elas exibiam o mesmo comportamento de “queima”, mas eram dezenas de vezes mais fracas, traduzindo-se em distâncias centenas ou até milhares de vezes mais distantes. (As observações modernas confirmam isso.)

As novas brilhando e escurecendo, juntamente com as estrelas brilhantes, conforme fotografado por XMM-Newton e Chandra no centro da Galáxia de Andrômeda. Essas novas são consistentes com uma distância extremamente grande de um milhão de anos-luz ou mais para a galáxia de Andrômeda, mas inconsistentes com essas novas que ocorrem dentro de nossa própria Via Láctea.

3.) As espirais tinham seus próprios espectros únicos e não correspondiam a nenhuma estrela conhecida . Como pode ser uma proto-estrela se não se parece com nenhuma estrela conhecida? Curtis, defendendo a interpretação da galáxia, teorizou que esses objetos eram compostos de um grande número de estrelas e eram dominados pelos mais brilhantes, azuis e quentes e pelos ambientes que os cercavam. Shapley, argumentando que eram proto-estrelas, também afirmou que estas ainda não eram estrelas totalmente formadas e deveriam ter seus próprios espectros únicos. (Ainda não entendíamos a ionização, e foi isso que causou as assinaturas desconhecidas: em torno das estrelas mais quentes e azuis de uma galáxia, como Curtis conjecturou.)

4.) Não havia espirais no plano da Via Láctea . O plano da Via Láctea é onde vemos mais estrelas. Então, por que não há espirais neles? Se são galáxias além da Via Láctea, então o plano da galáxia as bloqueia, e é por isso que são invisíveis. Mas se são protoestrelas, argumentou Shapley, talvez a Via Láctea seja muito maior do que o esperado e o Sol esteja longe de seu centro, o que significa que a poeira no plano também bloqueia a luz da protoestrela. (Ambos estão corretos: a galáxia é grande, o Sol está longe do centro e a poeira bloqueia essa luz extragaláctica.)

O trabalho promissor do astrônomo italiano Paolo Maffei em astronomia infravermelha culminou na descoberta de galáxias — como Maffei 1 e 2, mostradas aqui — no plano da própria Via Láctea. Maffei 1, a galáxia elíptica gigante no canto inferior esquerdo, é a elíptica gigante mais próxima da Via Láctea, mas não foi descoberta até 1967. Por mais de 40 anos após o Grande Debate, nenhuma espiral no plano da Via Láctea era conhecida.

5.) As estrelas conhecidas, se colocadas a uma grande distância, não explicariam as espirais que vemos . Se você dissesse “todas as estrelas que observamos são típicas de uma galáxia” e as colocasse bem longe da Via Láctea, o que você veria? A resposta seria uma fraca coleção de fontes pontuais, inconsistentes com as espirais observadas. Portanto, talvez as espirais não fossem “universos insulares” distantes, afinal. (Mas sabíamos apenas cerca de ~ 0,01% das estrelas da Via Láctea, ou extensão, na época.)

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6.) Muitas dessas nebulosas espirais estavam se movendo rápido demais para serem ligadas gravitacionalmente à Via Láctea . Quando olhamos para as estrelas em nossa galáxia, elas se movem de dezenas a algumas centenas de km/s em relação ao nosso Sol. Mas essas espirais se movem a muitas centenas ou mesmo milhares de km/s em relação a nós. Com essas velocidades, elas devem estar gravitacionalmente desacopladas de nós; eles escaparão para o espaço intergaláctico se ainda não estiverem lá. (Quando finalmente medimos as distâncias a esses objetos, a relação redshift-distância, ou Lei de Hubble, logo se seguiu.)

A galáxia NGC 2775, mostrada aqui, exibe um dos exemplos mais conhecidos de braços espirais floculentos, onde os braços se enrolaram muitas vezes nos arredores desta galáxia. Embora existam muitas semelhanças visuais entre uma espiral frontal como esta e um sistema proto-estelar que está se formando, completo com um disco circundante repleto de imperfeições, as semelhanças visuais não são suficientes para confirmar a natureza de um objeto.

A maioria dos astrônomos, entrando nesse debate, ficou do lado de Shapley e da explicação da proto-estrela. Embora Curtis tenha apresentado alguns pontos excelentes, muitos dos quais mais tarde teriam sua validade robustamente demonstrada por observações futuras, o debate dificilmente mudou a opinião de alguém. A maioria dos pontos foi para Shapley; poucos astrônomos pensaram que Curtis havia vencido. A natureza democrática do debate significou que eles concederam a Curtis apenas um ponto, Shapley quatro e chamaram um ponto de empate. A hipótese do “universo insular” não foi fortalecida por esse debate.

E, em certo sentido, Shapley realmente estava correto. A Via Láctea era muito maior do que pensávamos. O Sol não estava no centro de nossa galáxia, e toda a Via Láctea tinha talvez cem mil, não alguns milhares, anos-luz de ponta a ponta. É um lugar empoeirado, particularmente no centro do plano da Via Láctea. E as proto-estrelas e os discos protoplanetários são, na verdade, coisas reais, um tanto semelhantes em forma às nebulosas espirais que observávamos através de nossos telescópios.

De acordo com simulações de formação de discos protoplanetários, aglomerados assimétricos de matéria se contraem primeiro em uma dimensão, onde começam a girar. Esse “plano” é onde os planetas se formam, com esse processo se repetindo em escalas menores em torno de planetas gigantes: formando discos circumplanetários que levam a um sistema lunar. Superficialmente, esses objetos parecem semelhantes a algumas galáxias espirais.

Mas Curtis acabaria sendo muito mais correto em sua avaliação do que Shapley, apesar de ter sido declarado o perdedor do debate. Essas nebulosas espirais que estávamos vendo não eram proto-estrelas. O ponto da “nebulosa rotativa” foi baseado em dados ruins e não pôde ser replicado por nenhum estudo posterior. Além disso, as estrelas que encontramos em outras galáxias não são, em média, semelhantes ao Sol, nem são típicas das estrelas que vemos em nosso céu noturno. A ionização e a poeira desempenham papéis importantes nas observações de galáxias distantes.

Mas o ponto mais importante de tudo é como o debate foi totalmente inútil para decidir qualquer coisa significativa ou duradoura.

O que decidiu as questões foram as observações subsequentes de Edwin Hubble, que envolveram encontrar e identificar não apenas novas nessas nebulosas espirais, mas um tipo particular de estrela variável: as Cefeidas. A partir dessas variáveis ​​Cefeidas, pudemos realmente calcular a distância até essas nebulosas e descobrimos que elas estão na ordem de milhões de anos-luz de distância, colocando-as bem longe da Via Láctea. O debate foi resolvido não por argumentos superiores, mas por evidências novas e superiores . Essa descoberta de 1923, completando um século neste ano, foi o que realmente respondeu a essa questão científica candente.

A descoberta de Hubble de uma variável Cefeida na galáxia de Andrômeda, M31, abriu o Universo para nós, dando-nos a evidência observacional de que precisávamos para galáxias além da Via Láctea e levando ao Universo em expansão.

A regra mais importante em qualquer debate científico é esta: não importa quem ganha o debate. Não importa quem apresenta o melhor argumento; não importa quem convence mais pessoas; não importa quem vota com você. Quando se trata de ciência, os próprios ideais de democracia são completamente irrelevantes.

O que importa é que, cientificamente, você identifique os pontos-chave de evidência que poderiam resolver definitivamente as questões contenciosas e, então, faça o possível para encontrar essas evidências. Uma vez que a evidência está em suas mãos, você a segue onde quer que ela o leve.

Existem muitas questões hoje sobre as quais as pessoas têm opiniões polarizadas, e os debates costumam ser ferramentas para nos ajudar a tomar decisões. Mas nos domínios em que existe uma resposta científica, os debates nunca nos ajudarão a decidir; eles apenas reforçarão quaisquer preconceitos que possamos ter neles. Os debates só são úteis para um cientista na medida em que nos ajudam a identificar quais questões precisam ser esclarecidas para determinar a resposta. A esse respeito, e talvez apenas a esse respeito, o debate Shapley-Curtis de 1920 foi realmente excelente. Que todos nós aprendamos as lições necessárias para cada problema de ciência e sociedade que enfrentamos hoje.

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