Pergunte a Ethan #69: Nosso Universo está nos escapando?
Crédito da imagem: NASA, ESA; Agradecimentos: Ming Sun (UAH) e Serge Meunier.
À medida que a energia escura assume o controle e as galáxias distantes aceleram, o que estamos perdendo e o que isso significa?
O que é essa sensação quando você está dirigindo para longe das pessoas e elas recuam na planície até você ver seus pontinhos se dispersando? – é o mundo enorme demais nos saltando, e é adeus. Mas nos inclinamos para a próxima aventura maluca sob os céus. – Jack Kerouac
Fiquei muito melhor em despedidas à medida que envelheci, mas a maioria de nós ainda não está pronta para a grande verdade do adeus cósmico que está reservado para nós. Esta semana, eu consegui alguns excelentes perguntas e sugestões que você enviou, mas minha maneira favorita de começar o novo ano vem de Joaquin Bogado, que quer saber sobre as galáxias desaparecendo da nossa vista:
Na postagem do blog O Universo Desaparecido , você me faz perceber que há muita informação escapando do nosso universo a cada momento. Minhas perguntas são
1) Como isso afeta a teoria do Big Bang e a idade do nosso Universo?
2) É possível saber quanto do Universo já desapareceu?
Vamos começar falando sobre o que significa que as coisas estão desaparecendo, e vamos fazer isso voltando à ideia do Big Bang.
Da forma mais simples possível, o Big Bang nos prepara para ter um Universo quente, denso e em expansão, onde o próprio tecido do espaço-tempo é o que está se expandindo. Toda a matéria e radiação nele se dilui, vê sua densidade cair e se afasta cada vez mais à medida que o volume do espaço se expande. Ao mesmo tempo, no entanto, toda a matéria e radiação também exercem uma tremenda força gravitacional, tentando reunir o Universo novamente.
Esta é a grande luta cósmica: entre expansão e gravitação. Por bilhões de anos, um observador teria sido incerto sobre qual deles venceria.
Crédito da imagem: Take 27 Limited / Science Photo Library.
Ganharia gravidade, fazendo com que o universo para atingir um tamanho máximo, inverter a sua expansão e colapsar numa Big Crunch ?
A expansão venceria, fazendo com que o Universo se expandisse para sempre, nunca cessando, com as coisas ficando arbitrariamente distantes e terminando em um Grande congelamento ?
Ou viveríamos em um caso bem na fronteira, onde um único átomo adicional recolhia o Universo, onde a taxa de expansão assíntota a zero, mas nunca reverte: um universo crítico ?
Crédito da imagem: eu. Na verdade, esta é uma imagem que fiz para o meu livro que estou escrevendo. Você sabia que estou quase terminando de escrever um livro?! Mais informações em breve!!
Embora estes destinos são muito, muito diferentes uns dos outros, todos eles têm uma coisa em comum. Dê uma olhada para fora no Universo hoje, pelo algum das galáxias lá fora. O que você pode ver – no limite, se o que é visível – é uma galáxia cuja luz só agora está alcançando nossos olhos depois de viajar pelo Universo.
Depois de gastar bilhões e bilhões de anos viajando na jornada solitária de um fóton pelo espaço em expansão que nos separa, ele finalmente chega aos nossos olhos. Depois de tanto tempo nadando contra o Universo em expansão, ele nos pegou.
Crédito da imagem: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch, Universidade da Califórnia, Santa Cruz; R. Bouwens, Universidade de Leiden; e a Equipe HUDF09.
Com o passar do tempo, pela primeira vez 7,8 bilhões de anos do nosso Universo, a luz de mais e mais galáxias começou a nos alcançar.
Por quê?
Porque o Universo era desacelerando , o que significa que, embora o Universo estivesse se expandindo, e mesmo que essas galáxias estivessem se afastando cada vez mais de nós, o Rapidez em que eles estavam se afastando de nós estava ficando cada vez menos. Como resultado, galáxias que inicialmente eram invisíveis aos nossos olhos, porque a separação era muito grande, finalmente chegaram ao nosso alcance.
Com o passar do tempo, mais e mais do Universo se tornou visível. Se todo que estavam presentes no Universo fossem matéria e radiação, isso teria continuado para sempre, não importa que nosso destino foi. Mais do Universo seria acessível, a desaceleração continuaria e a única questão seria se as velocidades de recessão dessas galáxias seriam:
- Torne-se zero, inverta e comece a se dirigir a nós (Big Crunch).
- Diminua, mas sempre permaneça positivo, recuando para sempre (Big Freeze).
- Ou assíntota a zero, nunca alcançando, mas nunca revertendo (Crítico).
Mas como a densidade de energia continuou a cair à medida que o Universo se expandiu, revelou algo notável: havia uma quantidade intrínseca de energia no próprio espaço, um tipo de energia escura que estava presente.
Crédito da imagem: Quantum Stories, recuperada via http://cuentos-cuanticos.com/ .
Não foi até que a matéria e a densidade de radiação caíram vertiginosamente – um processo que levou bilhões de anos – para que essa energia escura se tornasse discernível, e levou 7,8 bilhões de anos desde o Big Bang para que os efeitos da energia escura mudassem a história cósmica.
Em vez de desacelerar, começando exatamente naquele momento, quando a densidade de energia escura se tornou grande o suficiente para ser um terço da densidade total de energia no Universo, galáxias distantes começaram acelerando longe de nós. Isso significava que, em vez de desacelerar em sua recessão de nós, essas velocidades começaram a aumentar!
Crédito da imagem: The Cosmic Perspective / Jeffrey O. Bennett, Megan O. Donahue, Nicholas Schneider e Mark Voit. Um Universo costeiro, se você estava se perguntando, é aquele que está totalmente vazio: desprovido de todos os tipos de matéria, radiação e energia.
Todas aquelas galáxias cuja luz já chegou até nós é ainda chegando até nós; o Universo em aceleração não mudou isso.
Mas para muitas dessas galáxias, nunca veremos nenhuma novo luz deles: apenas a luz que eles emitiram há muito tempo, antes da idade atual do Universo. Pense no porquê disso.
Crédito da imagem: Larry McNish do RASC Calgary Center, via http://calgary.rasc.ca/redshift.htm .
Uma galáxia distante emite luz no Universo em expansão. O espaço entre nós e aquela galáxia continua a se expandir, mas o fóton ainda segue em nossa direção. Como as galáxias estão emitindo luz continuamente, não há apenas luz nos atingindo agora , mas haverá luz nos alcançando no futuro distante!
Mas também pense em onde essa galáxia está hoje. Pense no Universo em expansão e aceleração. E pense em quão vasto é esse Universo hoje.
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Azcolvin42 9.
A figura aqui apresentada é quase up-to-date: nosso Universo observável tem aproximadamente 92 bilhões de anos-luz de diâmetro e contém pelo menos centenas de bilhões (e possivelmente trilhões) de galáxias.
O problema é que qualquer galáxia que esteja mais longe de nós do que 14 bilhões anos-luz não está mais emitindo luz visível: a expansão do espaço entre esse objeto e nós está acontecendo em um ritmo tão rápido que um fóton emitido hoje nunca chegará até nós! Se você calcular quanto do Universo observável está contido em uma esfera de raio de 14 bilhões de anos-luz e compará-lo com o quanto está contido em uma esfera de 92 bilhões de anos-luz de diâmetro, você descobrirá que ainda estamos conectados para cerca de 3% das galáxias: o resto se foi para sempre!
Crédito da imagem: NASA, ESA, J. Jee (Universidade da Califórnia, Davis), J. Hughes (Rutgers University), F. Menanteau (Rutgers University e University of Illinois, Urbana-Champaign), C. Sifon (Leiden Observatory), R. Mandelbum (Universidade Carnegie Mellon), L. Barrientos (Universidade Católica do Chile) e K. Ng (Universidade da Califórnia, Davis).
Com o tempo, mais e mais galáxias e aglomerados de galáxias também deixarão nosso horizonte. Isso não significa que não podemos Vejo eles por mais tempo, isso só significa que não podemos alcançar eles mais. Não se tivéssemos uma nave espacial ultra-relativística, não se mandássemos algo na velocidade da luz.
Mas a luz que emitimos bilhões de anos atrás pode ainda estar chegando a eles! É só isso, muito parecido com a luz que vem deles e chega aos nossos olhos:
- há uma quantidade finita disso,
- é incrivelmente redshifted,
- é dilatado no tempo, o que significa que os eventos são esticados ao longo do tempo,
- e seu fluxo fica progressivamente menor e menor ao longo do tempo.
Para detectar essas galáxias mais distantes, elas não apenas aparecem cada vez mais vermelhas, mas temos que deixar o obturador aberto por mais tempo para poder vê-las.
Crédito da imagem: NASA , ESTA , e Z. Levay ( STScI ).
Se não houvesse energia escura - se não houvesse aceleração ou desaparecimento de galáxias - o Big Bang poderia ter ocorrido exatamente da mesma forma, mas nosso Universo seria muito menor hoje, as galáxias estariam mais próximas, veríamos mais delas, eles seriam menos desviados para o vermelho, e o Universo estaria se expandindo mais lentamente, com todas as galáxias desacelerando. Em vez de galáxias desaparecerem de nossa visão, o que atualmente ocorre a uma taxa de aproximadamente uma a cada três anos, novas galáxias seriam aparecendo para nós com o passar do tempo!
E enquanto nenhuma galáxia tem literalmente desapareceu ao ponto de ser invisível, 97% deles desapareceram no sentido de que são inalcançáveis para nós, e que a luz que estão emitindo hoje nunca nos alcançará. As galáxias ainda são visíveis, mas apenas devido à sua luz antiga.
Crédito da imagem: Don Dixon, da Krauss & Turner, Scientific American 15 , 66-73 (2006).
E é assim que nosso Universo em desaparecimento funciona e o que significa para as galáxias escaparem de nossa visão. Obrigado por uma ótima pergunta, Joaquin, e se você tiver uma pergunta ou sugestão para a próxima coluna Pergunte ao Ethan, envie! A resposta da próxima semana pode ser sua!
Deixe seus comentários em o fórum Starts With A Bang em Scienceblogs !
Compartilhar:
