• Começa Com Um Estrondo

Pergunte a Ethan: As civilizações futuras perderão o Big Bang?

Os diferentes destinos possíveis do Universo, com nosso destino real e acelerado mostrado à direita. Depois de um tempo suficiente, a aceleração deixará todas as estruturas galácticas ou supergalácticas ligadas completamente isoladas no Universo, à medida que todas as outras estruturas aceleram irrevogavelmente. (NASA e ESA)

E se as conclusões deles forem diferentes das nossas, como podemos ter certeza de que acertamos?

Um dos maiores perigos em toda a ciência é tirar conclusões falsas com base nos dados limitados que temos em nossas mãos. Nunca podemos observar tudo com precisão arbitrária, então sempre somos forçados a extrapolar com base apenas no que vemos. Mas e se a informação crítica que nos levaria à conclusão correta for exatamente o que estamos perdendo? Este será o caso daqui a bilhões de anos, quando se trata do Big Bang, e essa percepção assustadora levou a uma pergunta profunda de B. G. Buehler, que quer saber:

Se a vida inteligente ressurgir em nosso sistema solar em alguns bilhões de anos, apenas alguns pontos de luz ainda serão visíveis no céu. Que tipo de teoria do universo esses seres vão inventar? É quase certo que está errado. Por que achamos que o que podemos ver agora pode nos levar a uma teoria correta quando alguns bilhões de anos antes de nós, as coisas poderiam ter parecido completamente diferentes?

Vamos falar sobre o que alguém em um futuro distante, digamos, dezenas de bilhões de anos a partir de agora, veria.

A galáxia Centaurus A tem um componente de disco empoeirado, mas é dominada por uma forma elíptica e um halo de satélites: evidência de uma galáxia altamente evoluída que experimentou muitas fusões em seu passado. (Equipe Christian Wolf & SkyMapper/Universidade Nacional Australiana)

Ainda haveria centenas de bilhões de estrelas no céu, todas acessíveis a quaisquer formas de vida inteligentes que surgissem com telescópios do mesmo calibre que temos hoje. Alguns detalhes seriam diferentes, no entanto:

• haveria menos poeira e gás neutro,
• haveria uma proporção maior de estrelas mais velhas, mais vermelhas e de menor massa,
• haveria muito menos regiões de formação estelar ativa,
• e as estrelas seriam distribuídas em um grande halo elíptico, em vez de em um plano semelhante à Via Láctea.

A principal razão para tudo isso é que, em um período de 4 a 7 bilhões de anos a partir de agora, a Via Láctea e Andrômeda e, eventualmente, todas as galáxias do grupo local, se fundirão em uma.

Uma série de fotos mostrando a fusão Via Láctea-Andrômeda e como o céu parecerá diferente da Terra à medida que isso acontece. Essa fusão ocorrerá cerca de 4 bilhões de anos no futuro, com uma enorme explosão de formação estelar levando a uma galáxia elíptica vermelha e morta, livre de gás: Milkdromeda. (NASA; Z. Levay e R. van der Marel, STScI; T. Hallas; e A. Mellinger)

Quando grandes fusões como esta ocorrem, ocorrem enormes quantidades de formação de novas estrelas, consumindo a maior parte do gás e poeira presentes dentro de uma galáxia. Quando existe uma pequena região de formação estelar muito ativa, dizemos que há uma explosão estelar ocorrendo. Quando essa região abrange uma galáxia inteira, rotulamos a coisa toda como uma galáxia starburst. Muito rapidamente, esses átomos neutros colapsam para formar novas estrelas em todos os lugares, mas as mais massivas têm vida muito curta. Depois de apenas algumas centenas de milhões de anos, as mais massivas desapareceram, deixando apenas estrelas semelhantes ao Sol e as menos massivas ao redor. No momento em que dezenas de bilhões de anos adicionais se passarem, apenas as estrelas mais frias e mais vermelhas permanecerão. Eles podem ser mais escuros, mas haverá menos poeira para bloquear sua luz em todas as direções.

A galáxia starburst Henize 2–10, localizada a 30 milhões de anos-luz de distância. Quando uma galáxia inteira forma estrelas, ela sofre uma explosão estelar. Mas no rescaldo de uma explosão estelar, resta muito pouca matéria-prima para formar futuras gerações subsequentes de estrelas. (Raio-X (NASA/CXC/Virginia/A.Reines et al); Rádio (NRAO/AUI/NSF); Óptico (NASA/STScI))

Mas isso é apenas para estrelas dentro do que nossa própria galáxia (e grupo local) se tornará: o futuro elíptico gigante conhecido como Milkdromeda. Se uma civilização de um futuro distante olhasse além de nossa própria galáxia do futuro, eles veriam... nada. À medida que o Universo continua no futuro, todas as galáxias que não fazem parte do nosso grupo local irão acelerar para longe de nós, devido à presença de energia escura. No momento, essas galáxias mais próximas estão a cerca de 10 milhões de anos-luz de distância, mas o Universo está acelerando. Quando o Universo tiver o dobro de sua idade, essas galáxias estarão duas vezes mais distantes; quando for três vezes sua idade atual, eles estarão quatro vezes mais distantes; com quatro vezes sua idade, eles estarão oito vezes mais distantes, e assim por diante. Quando o Universo tiver uma idade de 100 bilhões de anos ou mais, a galáxia mais próxima de nós estará a cerca de um bilhão de anos-luz de distância. A expansão acelerada do Universo nos fará parecer que estamos sozinhos no cosmos.

Após a fusão, grandes espirais resultarão na formação de uma única galáxia elíptica gigante. Com o tempo, as estrelas dentro ficarão mais vermelhas, pois as azuis morrem mais rápido. O gás e a poeira que bloqueiam a luz, eventualmente, serão usados ​​em novas gerações de estrelas ou expelidos inteiramente após uma grande explosão estelar. (NASA, ESA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA))

Também não haverá nenhuma assinatura do fundo cósmico de micro-ondas. Hoje, existem centenas de fótons restantes por centímetro cúbico a apenas alguns graus acima do zero absoluto, colocando-os na porção de micro-ondas do espectro. À medida que o Universo se expande, tanto a densidade quanto a energia desses fótons cairão. Depois de 100 bilhões de anos, haverá menos de um fóton por centímetro cúbico, e o fundo cósmico não estará no micro-ondas, mas apenas na distante porção de rádio do espectro. A menos que alguém tivesse uma ideia de que as galáxias ultra-distantes e esse fundo de rádio ultra-distante e fraco estariam lá, uma civilização de um futuro distante nunca descobriria o Big Bang.

À medida que o tecido do Universo se expande, os comprimentos de onda das fontes de luz distantes também são esticados. No caso do brilho remanescente do Big Bang, ele pode ser visto na porção visível do espectro no momento em que o CMB foi emitido, deslocado para o infravermelho e, posteriormente, para as micro-ondas, à medida que o Universo se expandiu, e eventualmente fará seu caminho para a porção de rádio do espectro à medida que a expansão continua. Seu poder e intensidade, bem como a densidade de fótons, continuarão a cair com o passar do tempo. (E. Siegel / Além da Galáxia)

Em vez disso, eles concluiriam que sua galáxia representava toda a extensão de todo o Universo. Que ao redor deles, pelo que podiam ver, não havia mais nada ao redor: apenas eles. Sem quaisquer pistas próximas para o que mais está lá fora, não haveria ímpeto para procurar as grandes e inexploradas distâncias para procurar as galáxias ultra-remotas que agora seriam as mais próximas da nossa. Não haveria motivo para supor a existência de um resplendor cósmico do Big Bang, já que o Universo em expansão passaria despercebido. Tudo o que teríamos seria nossa própria galáxia, Milkdromeda, estendendo-se por algumas centenas de milhares de anos-luz. Eles podem descobrir matéria escura dentro de sua própria galáxia, mas é isso. A menos que eles se deparassem com assinaturas ultradistantes e ultrafracas do Universo distante, eles podem até acreditar na hipótese do estado estacionário.

Nosso superaglomerado local, Laniakea, contém a Via Láctea, nosso grupo local, o aglomerado de Virgem e muitos grupos e aglomerados menores nos arredores. No entanto, cada grupo e aglomerado está ligado apenas a si mesmo e será afastado dos outros devido à energia escura e ao nosso Universo em expansão. Após 100 bilhões de anos, mesmo a galáxia mais próxima além do nosso próprio grupo local estará a aproximadamente um bilhão de anos-luz de distância, tornando-a muitos milhares e potencialmente milhões (quando você pega as diferentes populações estelares que estarão dentro) de vezes mais fraca que a mais próxima. galáxias aparecem hoje. Poderíamos encontrá-los com os telescópios de hoje, mas saberíamos procurá-los e teríamos a sorte de apontar na direção certa? (Andrew Z. Colvin / Wikimedia Commons)

Eles fariam perguntas como de onde veio sua galáxia? Por que eles são os únicos? De onde veio o material para formar essas estrelas de vida longa? Por que existem tão poucas estrelas jovens e azuis? Sem a evidência de um Universo em expansão, o Big Bang ou objetos distantes além da Via Láctea, eles certamente tirariam conclusões erradas por séculos, se não por toda a eternidade. Depois de inúmeras vidas procurando nos abismos mais profundos do Universo e não encontrando nada, eles seriam forçados a concluir que eram apenas eles. Apenas sua galáxia; apenas suas estrelas; apenas eles. Completamente sozinho em um abismo infinito de solidão escura.

A galáxia isolada MCG+01–02–015, por si só por mais de 100.000.000 anos-luz em todas as direções, é atualmente considerada a galáxia mais solitária do Universo. No futuro distante, Milkdromeda será ainda mais solitário. (ESA/Hubble & NASA e N. Gorin (STScI); Agradecimentos: Judy Schmidt)

Temos o privilégio de ter chegado até onde chegamos, tanto evolutivamente quanto tecnologicamente, quando o Universo ainda é tão jovem. Vivemos, hoje, em uma época em que galáxias próximas nos mostraram o Universo em expansão, dando-nos pistas sobre o fato de que devemos procurar assinaturas de quando o Universo era menor, mais denso e mais quente. Encontramos assinaturas muito robustas disso, tanto próximas quanto distantes, e sabíamos olhar para grandes distâncias cósmicas por causa do que vimos nas proximidades. Mas se não tivéssemos visto nada? Se pensássemos que nossa galáxia era tudo o que havia? Não haveria motivação para olhar mais longe. Em um futuro distante, uma civilização precisaria olhar centenas ou até milhares de vezes mais longe para ver até mesmo os objetos mais próximos além de nossa galáxia.

O que concluímos sobre o que é o nosso Universo e de onde ele vem depende de quando passamos a existir.

Um Universo com energia escura: o nosso Universo. Só podemos detectar essa energia escura porque vivemos agora; se tivéssemos existido 11 bilhões de anos atrás, nunca perceberíamos. Existe alguma coisa que sentimos falta hoje porque estamos por perto quando estamos, e não mais cedo ou mais tarde? (Equipe científica da NASA / WMAP)

Isso faz você se perguntar, como fez B. G. Buehler se perguntar, se existem componentes ou propriedades importantes para o Universo que já foram perdidos? Assumimos que o Universo é feito de matéria normal, radiação, matéria escura, neutrinos, buracos negros e energia escura, e pouco mais. Mas se olharmos para tempos anteriores, sabemos que os neutrinos e a radiação eram muito mais importantes do que são hoje, e que a energia escura não se revelou em um nível detectável até que o Universo já tivesse bilhões de anos. Poderia haver outros tipos de energia presentes no Universo que caíram mais rápido do que a radiação, e não sabemos sobre sua existência porque não temos nenhuma evidência para eles?

Vários componentes e contribuintes para a densidade de energia do Universo e quando eles podem dominar. Se as cordas cósmicas ou paredes de domínio existissem em quantidade apreciável, elas contribuiriam significativamente para a expansão do Universo. Pode até haver componentes adicionais que não vemos mais ou que ainda não apareceram! (E. Siegel / Além da Galáxia)

Tudo o que podemos fazer, no momento, é impor restrições a isso a partir das evidências que vemos. E, realisticamente, essas restrições não são muito boas. Vemos o suficiente do Universo para concluir de forma robusta que o Big Bang está correto e que o Universo deveria ter uma origem inflacionária que se instalou e deu origem ao Big Bang. Mas além disso, pode ter havido outros componentes do Universo que realmente desempenharam um papel importante no passado distante, e esses sinais não existem mais hoje. Os cientistas gastam muito pouco tempo focando nessa possibilidade, porque o que teorizamos funciona muito bem para reproduzir o que vemos. Mas esse também seria o caso em um futuro distante: assumir um Universo em estado estacionário que existisse, inalterado, por dezenas de bilhões de anos funcionaria extremamente bem.

É um lembrete preocupante de que, assim como nossas teorias científicas funcionam, elas estão sempre sujeitas a revisão e que nunca devemos parar de procurar rachaduras nelas. É sempre à margem do que é mensurável e observável que encontramos os mais novos caminhos a seguir. Sem sondar horizontes cada vez maiores, do subatômico ao cósmico, nunca descobriremos as verdades mais profundas sobre o Universo. Aprendemos muito, mas, como muitos cientistas, tenho a sensação de que há muito mais a percorrer. Será preciso humildade, e possivelmente procurar até em lugares aparentemente improváveis, para chegar lá.

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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