• Começa Com Um Estrondo

Pergunte a Ethan: Quantas galáxias já desapareceram da nossa perspectiva?

Galáxias distantes, como as encontradas no aglomerado de galáxias de Hércules, estão acelerando para longe de nós. Eventualmente, deixaremos de receber luz além de um certo ponto deles. (ESO/INAF-VST/OmegaCAM. Reconhecimento: OmegaCen/Astro-WISE/Kapteyn Institute)

A energia escura nos diz que a expansão do Universo está se acelerando. Aqui está o que isso significa para o nosso Universo em desaparecimento.

Uma das maiores surpresas para a humanidade sobre o Universo é que o espaço não está apenas se expandindo, mas essa expansão está se acelerando. Quanto mais distante uma galáxia está de nós, mais rápido ela parece se afastar, e essa velocidade de recessão parece acelerar com o tempo. Em algum momento, você imaginaria, essas galáxias se afastariam de nós mais rápido que a velocidade da luz, o que significa que não apenas nunca poderíamos alcançá-las, mas também não poderemos mais vê-las! Isso é verdade, e o que isso significa? Essa é a pergunta Ask Ethan desta semana, cortesia de Dan Kien, que pergunta:

Então, quantas galáxias observáveis ​​da Terra desapareceram de vista? Ou seja, quantas galáxias (com o maior redshift) desapareceram do nosso ponto de vista?

Dependendo do que você quer dizer com desapareceu, a resposta pode ser nenhum deles, ou quase todos. Vamos mergulhar e ver do que estamos falando.

Toda a nossa história cósmica é teoricamente bem compreendida, mas apenas qualitativamente. É confirmando e revelando observacionalmente vários estágios no passado do nosso Universo que devem ter ocorrido, como quando as primeiras estrelas e galáxias se formaram, que podemos realmente entender nosso cosmos. O Big Bang estabelece um limite fundamental para o quão longe podemos ver em qualquer direção. (Nicole Rager Fuller / National Science Foundation)

A maneira como vemos uma galáxia é porque:

• forma estrelas,
• que criam luz,
• que viaja pelo Universo,
• que está se expandindo,
• até chegar aos nossos olhos.

Parece um cenário bastante simples, certo? Então, quando olhamos para o Universo, esperamos poder ver todas as galáxias que existem. Exceto, isto é, pelo fato de que não podemos.

Em uma escala logarítmica, o Universo próximo tem o sistema solar e nossa galáxia Via Láctea. Mas muito além estão todas as outras galáxias do Universo, a teia cósmica em grande escala e, eventualmente, os momentos imediatamente após o próprio Big Bang. Além disso, não há nada a observar. (Usuário da Wikipédia Pablo Carlos Budassi)

A primeira razão é bastante simples: o Universo teve apenas uma quantidade finita de tempo para fazer tudo isso. O Big Bang deu origem ao Universo como o conhecemos há cerca de 13,8 bilhões de anos, com as primeiras estrelas se formando entre algumas dezenas a algumas centenas de milhões de anos depois. No momento, essa primeira luz está chegando aos olhos dos humanos e de nossos instrumentos mais sofisticados após uma tremenda jornada pelo espaço intergaláctico. Com o passar do tempo, a luz de galáxias cada vez mais distantes finalmente chega. Mesmo em um Universo em expansão, existem galáxias distantes cuja luz finalmente aparecerá.

Mas nem todas as galáxias são visíveis. Nosso Universo se expandiu com base no que está nele: uma mistura de radiação, neutrinos, matéria normal, matéria escura e energia escura. Ao longo da história do Universo, isso significa que a luz pode chegar a distâncias de até 46 bilhões de anos-luz.

Claro, isso não significa um objeto que está a 46 bilhões de anos-luz de distância hoje vai emitir qualquer coisa que possamos ver. Isso significa que se um objeto tivesse emitido luz há 13,8 bilhões de anos, de uma distância muito pequena, essa luz chegaria agora, 13,8 bilhões de anos depois, e que o objeto que a emitiu estaria hoje a 46 bilhões de anos-luz de distância. Esse é o limite de quão longe podemos ver no Universo observável.

O Universo observável pode ter 46 bilhões de anos-luz em todas as direções do nosso ponto de vista, mas certamente há mais, Universo inobservável, talvez até uma quantidade infinita, assim como o nosso além disso. Com o tempo, poderemos ver um pouco, mas não muito, mais. (Frédéric MICHEL e Andrew Z. Colvin, anotado por E. Siegel)

Ao todo, isso significa que existem aproximadamente 2 trilhões de galáxias para nós, em princípio, observarmos. Este é um número maior do que nunca, e com o passar do tempo, mais serão revelados. Todas as galáxias que já pudemos observar, desde que ainda tenham estrelas, ainda podem, em princípio, ser observadas, além de novas. Mesmo o fato de que a expansão do Universo está acelerando não muda isso. Uma vez que a luz chega de um objeto distante, desde que esse objeto continue a emitir fótons, a expansão do Universo não pode impedi-los de chegar. A esse respeito, zero galáxias desapareceram de vista.

Os diferentes destinos possíveis do Universo, com nosso destino real e acelerado mostrado à direita. Embora a expansão do espaço esteja acelerando, a luz dos objetos mais distantes ainda está chegando aos nossos olhos. (NASA e ESA)

Mas o que a expansão do Universo fará, especialmente porque a expansão está acelerando, são as seguintes duas coisas:

1. Isso significa que há um limite, no futuro, de quão longe seremos capazes de ver objetos distantes.
2. Isso significa que há um limite hoje, e esse limite muda com o tempo, para quão longe uma galáxia pode estar hoje e ainda enviar uma nova luz para nós.

Hoje, o mais distante que podemos ver é 46 bilhões de anos-luz: o limite de visibilidade atual. Podemos calcular o limite de visibilidade futura também, e descobrimos que é cerca de 33% maior que o atual: 61 bilhões de anos-luz de distância. Com base em como os volumes funcionam, isso significa que um dia teremos um total de cerca de 4,7 trilhões de galáxias para ver, se houver tempo suficiente, que a luz ultradistante um dia chegará.

Temos várias maneiras diferentes, como através do brilho (L) ou tamanhos aparentes/angulares (R) de medir distâncias para objetos no Universo. Através desses métodos, também podemos dizer como o Universo se expandiu ao longo do tempo. (NASA/JPL-Caltech)

Mas isso é esmagadoramente leve que, da nossa perspectiva, já foi emitido bilhões e bilhões de anos atrás. Quando olhamos para o Universo distante, não estamos apenas olhando para trás no tempo, muitas vezes estamos olhando para galáxias que já se foram. Com isso, queremos dizer que a luz que essas galáxias estão emitindo hoje, 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, nunca chegará até nós. Você vê, o Universo está se expandindo, e a expansão está acelerando. Uma galáxia distante não apenas parece se afastar de nós hoje à medida que o tecido do espaço se estende, mas parecerá se afastar cada vez mais rápido com o passar do tempo. Neste momento, galáxias além de uma distância de aproximadamente 15 a 16 bilhões de anos-luz de nós já estão se afastando mais rápido que a velocidade da luz.

As porções observáveis ​​(amarelas) e alcançáveis ​​(magenta) do Universo, que são o que são graças à expansão do espaço e dos componentes energéticos do Universo. (E. Siegel, baseado no trabalho dos usuários do Wikimedia Commons Azcolvin 429 e Frédéric MICHEL)

Isso significa que, mesmo que partíssemos hoje, em uma nave espacial que se aproximasse arbitrariamente desse limite máximo de velocidade, nunca poderíamos alcançar essas galáxias. Isso significa que a luz que geramos hoje nunca poderá alcançá-los, e a luz que eles geram hoje nunca poderá nos alcançar. Nessa linha de pensamento:

• 96,7% das galáxias que podemos observar hoje já se foram.
• 98,6% das galáxias que iremos observar já se foram.
• E apenas, aproximadamente, 66 bilhões de galáxias ainda são alcançáveis ​​por nós hoje.

Em outras palavras, no futuro, teremos um total de 4,7 trilhões de galáxias para ver. E 4,634 trilhões deles já estão inalcançáveis ​​para sempre, mesmo na velocidade da luz.

À medida que o Universo se expande, evolui e acelera, nenhuma informação é destruída ao passar pelo horizonte, e a informação impressa no horizonte cósmico nunca desaparece completamente. Mas há um corte nos limites de quão longe podemos nos conectar com as galáxias que estão a uma certa distância hoje. (E. Siegel, com imagens derivadas da ESA/Planck e da força-tarefa interagências DoE/NASA/NSF em pesquisa CMB)

Este é um problema que vai piorar com o passar do tempo! Neste momento, se assumirmos que cada uma das 66 bilhões de galáxias tem tantas estrelas quanto a Via Láctea – 400 bilhões – isso significa que existem aproximadamente 60.000 estrelas que desaparecem de nossa visão a cada segundo que passa. São 300.000 estrelas apenas no tempo que você levou para ler esta frase. E outros 200.000 com este. Ainda poderemos ver sua velha luz, de antes do Universo ser tão velho quanto é agora, mas qualquer nova luz que eles criarem a partir deste ponto nunca chegará até nós. E não importa o que façamos a partir de agora, nunca os afetaremos mais.

A pesquisa GOODS-North, mostrada aqui, contém algumas das galáxias mais distantes já observadas, muitas das quais já são inalcançáveis ​​por nós. À medida que o tempo avança, mais e mais galáxias sofrem esse mesmo destino, desconectando-se de nós. ( NASA, ESA e Z. Levay (STScI))

Ainda há muito universo para explorar, é claro. Ainda podemos ver as galáxias mais distantes, mesmo aquelas que não podemos mais alcançar, simplesmente olhando para sua luz antiga e antiga à medida que ela chega. Mas a cada momento que passa, cada vez menos do Universo se torna acessível a nós. Mesmo com tecnologia arbitrariamente avançada, mais de 98% de todas as galáxias que veremos já estão fora do nosso alcance. E a cada ano que passa, aproximadamente cinco galáxias inteiras cruzam esse limite de serem alcançáveis ​​para não serem mais alcançáveis. Não consigo pensar em nenhuma motivação maior para investir em alcançar as estrelas e galáxias distantes do que aquela que o próprio Universo nos dá: as coisas que podemos alcançar estão desaparecendo para sempre. A cada momento de inação, outra chance distante de fazer contato desaparece.

Envie suas perguntas Ask Ethan para beginwithabang no gmail ponto com !

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium graças aos nossos apoiadores do Patreon . Ethan é autor de dois livros, Além da Galáxia , e Treknology: A ciência de Star Trek de Tricorders a Warp Drive .

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