Encontrando a escuridão na luz
Vera Rubin, mostrada operando o telescópio de 2,1 metros no Observatório Nacional Kitt Peak com o espectrógrafo de Kent Ford anexado. Crédito da imagem NOAO/AURA/NSF.
Como Vera Rubin mudou o Universo.
A ciência progride melhor quando as observações nos forçam a alterar nossos preconceitos. – Vera Rubin
Olhe para o céu noturno, e o que você vê? Estrelas: pontos brilhantes de luz. Claro, também temos galáxias, as enormes coleções de estrelas no céu noturno, das quais nossa Via Láctea é apenas uma. Esses faróis cósmicos brilhantes parecem ser as maiores e mais massivas estruturas que temos que estão unidas. Com base no que vimos nas proximidades – onde 99,8% da massa do nosso Sistema Solar está ligada ao nosso Sol – esperamos que as estrelas dominem o Universo. Em termos de luz, eles certamente fazem.
A Via Láctea vista no Observatório de La Silla. Crédito da imagem: ESO / Håkon Dahle.
Mas e em termos de gravidade? Em nosso Sistema Solar, o Sol domina. Então, e em galáxias individuais? Você provavelmente esperaria que as estrelas também dominassem. Se entendermos como as estrelas funcionam (e graças à astronomia, achamos que sim), e entendermos como a gravidade funciona (e graças a Newton e Einstein, achamos que sim), então devemos ser capazes de prever a rapidez com que as estrelas funcionam. nas galáxias giram em torno do centro. Se uma galáxia está de frente para nós, onde podemos ver toda a espiral, teríamos que esperar centenas de milhares de anos para poder detectar e medir mudanças significativas nas posições da maioria dessas estrelas. Mas se uma galáxia estivesse inclinada ou de lado para nós, haveria um truque que poderíamos usar.
A Galáxia Spindle, NGC 5866, uma das melhores galáxias de borda visíveis da Terra. Crédito da imagem: NASA, ESA e The Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
À medida que uma galáxia gira, as estrelas se movem em torno de seu núcleo. Se estiver de lado para nós, então, de um lado, a galáxia gira em nossa direção, enquanto o outro lado gira para longe de nós. Quanto mais rápido a galáxia gira, mais rápidos são os movimentos de aproximação e afastamento. Se as rotações forem rápidas o suficiente e seus instrumentos forem bons o suficiente, você pode realmente medir esse efeito. Essa foi a incrível possibilidade que Vera Rubin começou a investigar. Graças aos avanços na espectroscopia – a capacidade de quebrar a luz em comprimentos de onda individuais, detectar linhas de emissão e absorção – Vera Rubin e Kent Ford começaram a fazer medições de galáxias próximas na tentativa de medir suas velocidades de rotação. Mas não foram apenas as velocidades gerais que foram importantes.
O espectro solar mostra um número significativo de características, cada uma correspondendo às propriedades de absorção de um elemento único na tabela periódica. As características de absorção são deslocadas para o vermelho ou para o azul se o objeto se move em direção ou para longe de nós. Crédito da imagem: Nigel A. Sharp, NOAO/NSO/Kitt Peak FTS/AURA/NSF.
Você vê, em nosso Sistema Solar, os planetas giram em torno do Sol a uma velocidade particular. Mercúrio orbita mais rápido a 48 km/s, seguido por Vênus a 35 km/s, Terra a 30 km/s e assim por diante, até Netuno, que orbita a meros 5,4 km/s. A razão para isso é dupla: a velocidade orbital depende de quanta massa está no interior da órbita de um planeta e a que distância o planeta está do centro de massa do Sistema Solar. A dinâmica galáctica não é muito diferente, exceto que há muitas massas contribuindo, pois as estrelas são encontradas não apenas em uma concentração no centro, mas espalhadas por toda parte. Com base nas massas que podemos ver, esperamos que as estrelas centrais girem lentamente, aumentem a velocidade à medida que você se move em direção às bordas por um tempo e depois caiam para um valor mais baixo à medida que você se move para os arredores. Mas não foi isso que Rubin viu.
Estrelas rastreáveis, gás neutro e aglomerados globulares (ainda mais distantes) apontam para a existência de matéria escura, que tem massa, mas existe em um grande halo difuso muito além da localização da matéria normal. Este efeito é visível para cada galáxia inclinada ou de borda. Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Stefania.deluca.
Em vez disso, as velocidades aumentaram rapidamente, mas depois se estabilizaram. À medida que você se afastava do núcleo de uma galáxia, as velocidades de rotação das estrelas não diminuíam, mas se estabilizavam em um valor constante. As curvas de rotação, inesperadamente, foram apartamento . O trabalho de Rubin começou na galáxia de Andrômeda, nosso grande vizinho galáctico mais próximo, mas rapidamente se estendeu a dezenas de galáxias, todas mostrando os mesmos efeitos. Hoje, esse número está na casa dos milhares, e nossas pesquisas avançadas de vários comprimentos de onda mostraram que não podem estar faltando átomos, íons, plasmas, gás, poeira, planetas ou asteróides que respondem pela massa. Ou algo está errado com as leis da gravidade em escalas galácticas (e maiores), ou há algum tipo de massa invisível no Universo.
Projeção em grande escala através do volume Illustris em z=0, centrado no aglomerado mais massivo, 15 Mpc/h de profundidade. Mostra a densidade da matéria escura (esquerda) em transição para a densidade do gás (direita). A estrutura em grande escala do Universo não pode ser explicada sem a matéria escura. Crédito da imagem: Colaboração Illustris / Simulação Illustris, via http://www.illustris-project.org/media/ .
A última explicação é conhecida hoje como matéria escura. Embora houvesse indícios disso na década de 1930 – observações de galáxias individuais dentro de aglomerados mostraram que elas estavam se movendo muito rápido para as massas estelares que exibiam – a evidência de Rubin era muito mais forte e robusta. Desde então, a formação de estruturas em larga escala, as flutuações no fundo cósmico de micro-ondas e muitos outros indicadores astronômicos apontam para a existência de matéria escura. Muitos experimentos foram criados para (até agora, inutilmente) procurar a partícula que pode estar por trás disso. E embora ainda estejamos buscando o santo graal da matéria escura, uma detecção direta, agora é um componente vital da cosmologia moderna, astrofísica e física teórica.
Os mapas de raios-X (rosa) e de matéria geral (azul) de vários aglomerados de galáxias em colisão mostram uma clara separação entre a matéria normal e os efeitos gravitacionais, algumas das evidências mais fortes da matéria escura. Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXC/Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Suíça/D.Harvey NASA/CXC/Durham Univ/R.Massey; Mapa Óptico/Lente: NASA, ESA, D. Harvey (Ecole Polytechnique Federale de Lausanne, Suíça) e R. Massey (Durham University, Reino Unido).
Rubin entrará para a história ao lado de Lise Meitner, Chien-Shiung Wu e Henrietta Leavitt como físicos que, sem dúvida, mudaram nossa visão do Universo natural de uma maneira incrivelmente impactante, mas injustamente nunca receberam o Prêmio Nobel de Física por suas realizações. Rubin era como um ser humano notável e defensor da igualdade no local de trabalho como ela era uma astrônoma.
A cúpula principal do Observatório Palomar, onde Vera Rubin fez alguns de seus trabalhos pioneiros. Crédito da imagem: espelho de sinal do usuário do flickr, sob cc-by-2.0.
Minha história favorita sobre ela é cortesia de Neta Bahcall, que conta a primeira observação de Rubin no Observatório Palomar, onde não havia banheiros femininos.
Ela foi para seu quarto, cortou papel em uma imagem de saia e colou na imagem de uma pequena pessoa na porta do banheiro. Ela disse: ‘Aí está; agora você tem um banheiro feminino.'
Vera Rubin faleceu na noite de domingo , 25 de dezembro, aos 88 anos. A mãe da matéria escura é agora mais uma estrela brilhante inextinguível na história da humanidade e da ciência.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes , e é oferecido a você sem anúncios por nossos apoiadores do Patreon . Comente em nosso fórum , & compre nosso primeiro livro: Além da Galáxia !
Compartilhar:
