Pergunte a Ethan #70: O Universo tem um centro?
Crédito da imagem: NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen, M. Mechtley e M. Rutkowski (Universidade Estadual do Arizona, Tempe), R. O'Connell (Universidade da Virgínia), P. McCarthy (Observatórios Carnegie), N. Hathi (Universidade da Califórnia, Riverside), R. Ryan (Universidade da Califórnia, Davis), H. Yan (Universidade Estadual de Ohio) e A. Koekemoer (Instituto de Ciências do Telescópio Espacial).
Se tudo começou com um Big Bang e está se expandindo, existe um centro?
Quero ficar o mais próximo possível da borda sem passar por cima. Lá fora, você vê todos os tipos de coisas que não pode ver do centro. – Kurt Vonnegut
Cada pouco de tempo que passa levanta mais e mais perguntas para cada um de nós. Por que não dar a todos uma chance de ter suas maiores respostas respondidas? Todas as semanas, encorajo-vos a enviar o vosso perguntas e sugestões , e vou escolher um intrigante para mostrar ao mundo. Esta semana, a honra vai para Eric Vincent, que pergunta:
Onde está o centro? Por algum tempo, dada a disposição da matéria, me recuso a acreditar em um único big bang que deu início ao universo. O artigo assume que o planeta Terra é o centro do universo. Não é tão provável que a gravidade esteja vencendo o tempo todo e que vários locais do universo tenham matéria suficiente para puxar em direção a um centro, sem a necessidade de criar um termo que atualmente não tenha evidências (energia escura). Eu certamente não sou um especialista na área, então gostaria de saber se e por que estou errado.
Há muitos equívocos que as pessoas têm quando se trata da expansão do Universo, do Big Bang, da energia escura e da ideia de um centro. Vamos ver o que podemos fazer para ajudar a esclarecer as coisas!
Quero que você comece pensando no nosso planeta – na Terra – e na jornada que ele leva pelo espaço. A imagem acima foi tirada durante um período de 24 horas pela sonda Messenger em 2005, quando ela passou pelo nosso mundo a caminho de Mercúrio. Eu quero que você pense sobre a Terra porque - apenas algumas vidas humanas atrás - havia muitas pessoas que pensavam que a Terra era estacionário no espaço, no centro do Universo, e não girando nem orbitando nosso Sol.
Percorremos um longo caminho desde então.
Crédito da imagem: Addison Wesley.
Não só a Terra não é o centro e não é estacionária, mas também não é nada em nosso Sistema Solar. A Terra e os outros planetas – e o Sol, por falar nisso – orbitam seu centro de massa mútuo, não qualquer ponto fixo em particular. Esse centro de massa então voa pelo espaço, movendo-se pela galáxia em uma órbita que parece um pouco diferente da alguns vídeos suspeitos que você pode ter visto .
Em vez disso, todo o nosso Sistema Solar permanece em um plano constante, com a nuvem de Oort como um elipsóide esparso ao seu redor, enquanto nos movemos ao redor do centro da Via Láctea em uma elipse gigante.
Crédito da imagem: Rhys Taylor de http://www.rhysy.net/ , através de seu blog em http://astrorhysy.blogspot.co.uk/2013/12/and-yet-it-moves-but-not-like-that.html .
Mas isso não é tudo! A Via Láctea em si não é estacionária, nem mesmo seu centro. Porque não apenas nossa galáxia está girando, mas também está se movendo pelo espaço. Existem fontes gravitacionais ao nosso redor:
- Outras galáxias, pequenas e grandes,
- Grupos e aglomerados de galáxias,
- Filamentos intergalácticos de gás e matéria escura,
- E vazios cósmicos que relativamente repelir aglomerados gravitacionais como o nosso.
Em nosso próprio bairro local, não apenas a Via Láctea, mas todo as galáxias, grupos e aglomerados estão se movendo um em relação ao outro.
Crédito da imagem: Helene M. Courtois, Daniel Pomarede, R. Brent Tully, Yehuda Hoffman e Denis Courtois.
Mas o que é ainda mais importante do que isso não são esses local movimentos, mas sim um cósmico 1.
É a observação de que, nas maiores escalas, as galáxias não estão simplesmente se movendo devido à influência da gravitação, mas sim que há uma expansão cósmica geral afetando tudo no Universo. A maneira como isso funciona é não intuitivo para a maioria das pessoas. Quando pensamos em algo em expansão, tendemos a pensar em algo como uma explosão, onde todas as peças se afastam umas das outras. Temos muitos eventos explosivos como este no espaço, como uma explosão de supernova (tipo II) que recicla o combustível nuclear queimado de uma estrela de volta ao meio interestelar.
Claro, todas as diferentes partes dele se expandem umas das outras, mas isso ocorre porque é devido a uma explosão , não porque o próprio espaço está se expandindo. O que estou lhe dizendo é que, se isso está de alguma forma relacionado à sua imagem do Big Bang ou do Universo em expansão, você precisa tirar isso da sua cabeça. agora mesmo.
Em vez disso, quero que você pense no próprio espaço como o superfície de um balão. Não o tridimensional é um balão no espaço, mas a superfície bidimensional do próprio balão. E eu quero que você imagine que esta superfície tem moedas coladas nela. Este balão vai se expandir – e não me importo se é porque está sendo explodido ou se a superfície está simplesmente sendo esticada – mas quero que você considere cada moeda como uma galáxia ou, no nosso caso, um observador.
Crédito da imagem: E. Siegel.
Do ponto de vista de algum galáxia, todas as outras galáxias estão se afastando de você. Os que estão mais distantes parecem recuar mais rápido, enquanto os que estão mais perto de você parecem recuar menos rapidamente.
Mas veja isso do ponto de vista de algum galáxia, e você encontrará exatamente a mesma coisa. No contexto da Relatividade Geral em um Universo em expansão, não apenas não há centro, mas também não há observador preferido, não há galáxia privilegiada e não há nada para atrair no que diz respeito à gravitação.
Há, no entanto, uma corrida geral que está ocorrendo que rege a expansão.
É uma corrida entre a gravitação e a expansão, uma corrida que começou no Big Bang, ou o momento em que o Universo começou a ser descrito por um estado de expansão quente e denso, onde a taxa de expansão desistiu e o universo resfriado como o tempo passou.
O Big Bang não foi um explosão que tivesse um centro, nem um único local que pudesse ser descrito como o origem do nosso Universo observável. Em vez disso, até onde podemos dizer, o espaço ficou cheio de matéria e radiação em um estado quente tudo de uma vez, em todos os lugares , e isso é o que chamamos de Big Bang.
Tão longe quanto quão o Universo está se expandindo, é governado pelo que está nele, e diferentes regiões têm diferentes quantidades de coisas nele. É por isso que, no início do Universo, vemos flutuações no fundo cósmico de micro-ondas.
Crédito da imagem: ESA e a Colaboração Planck.
Esses pontos quentes (em vermelho) e frios (em azul) correspondem a locais que apresentam menos ou mais importa do que a média. As que têm mais matéria vão se transformar em galáxias, grupos ou mesmo aglomerados de galáxias, enquanto as que têm menos do que a média não vão, com as maiores regiões subdensas abandonando toda a sua matéria e se tornando grandes vazios cósmicos.
Crédito da imagem: Virgo Consortium / A. Amblard / ESA
As maiores regiões superdensas podem derrotar a expansão localmente, formando regiões com milhares de vezes a massa da nossa Via Láctea. Mas nas escalas maiores, não só a expansão vence, mas a expansão passa a ser dominada não pela matéria ou radiação, mas pela energia escura , qual é a única maneira de explicar a taxa de expansão observada hoje no contexto da Relatividade Geral.
Crédito da imagem: The Cosmic Perspective / Jeffrey O. Bennett, Megan O. Donahue, Nicholas Schneider e Mark Voit.
Então, para recapitular: o Big Bang aconteceu em todos os lugares do nosso Universo ao mesmo tempo, todos os locais experimentam a expansão aproximadamente da mesma forma, as imperfeições na densidade são o que levam a galáxias, grupos e aglomerados de galáxias, bem como vazios cósmicos, e a energia escura revelou se para nós através da taxa de expansão acelerada do Universo.
Eric não é o único a fazer perguntas como essa, mas espero que esta resposta abrangente cuide disso para todos que estão curiosos sobre isso e que você entenda o Universo em expansão, o Big Bang e como nos tornamos um pouco melhores . Claro, se você ainda tem perguntas e sugestões para o Ask Ethan da próxima semana, vá em frente e envie-os! Você nunca sabe, a próxima resposta pode ser exatamente o que você precisava!
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