Como sabemos a distância das estrelas?
A Via Láctea vista no Observatório de La Silla. Crédito da imagem: ESO / Håkon Dahle.
Tudo depende disso e, no entanto, não sabemos tão bem quanto gostaríamos!
A exploração está em nossa natureza. Começamos como andarilhos, e ainda somos andarilhos. Já nos demoramos bastante nas margens do oceano cósmico. Estamos finalmente prontos para zarpar para as estrelas. – Carl sagan
Olhar para o céu noturno e se maravilhar com o dossel aparentemente infinito de estrelas é uma das experiências humanas mais antigas e duradouras que conhecemos. Desde a antiguidade, olhamos para os céus e nos maravilhamos com as luzes fracas e distantes no céu, curiosos quanto à sua natureza e à distância de nós. À medida que chegamos a tempos mais modernos, um de nossos objetivos cósmicos é medir as distâncias dos objetos mais fracos do Universo, na tentativa de descobrir a verdade sobre como nosso Universo se expandiu desde o Big Bang até os dias atuais . No entanto, mesmo esse objetivo elevado depende de obter as distâncias corretas para nossos vizinhos galácticos mais próximos, um processo que ainda estamos refinando. Demos três grandes passos em nossa busca para medir a distância até as estrelas, mas ainda temos que ir mais longe.
Imagem do telescópio espacial Hubble de Proxima Centauri, nossa estrela mais próxima que não o Sol, a 4,2 anos-luz de distância. As outras estrelas de fundo estão muito mais distantes. Crédito de imagem: ESA/Hubble & NASA.
A história começa em 1600 com o cientista holandês, Christiaan Huygens. Embora ele não tenha sido o primeiro a teorizar que as estrelas fracas e noturnas eram sóis como o nosso que estavam simplesmente incrivelmente distantes, ele foi o primeiro a tentar medir sua distância. Uma luz igualmente brilhante que estivesse duas vezes mais distante, ele raciocinou, pareceria apenas um quarto mais brilhante. Uma luz dez vezes mais distante seria apenas um centésimo mais brilhante. E assim, se ele pudesse medir o brilho da estrela mais brilhante no céu noturno – Sirius – como uma fração do brilho do Sol, ele poderia descobrir o quanto Sirius estava mais distante do que nossa estrela-mãe.
Os três membros do sistema estelar Polaris (estrela do norte), que variam em brilho intrínseco por quase um fator de 1.000 um do outro. Crédito da imagem: NASA/ESA/HST, G. Bacon (STScI).
Ele começou fazendo furos em um disco de latão, permitindo apenas um pequeno orifício de luz solar, então comparando o brilho aparente com o brilho observado das estrelas à noite. Mesmo o menor buraco que ele poderia fazer resultou em um pontinho de luz do sol que superou em muito todas as estrelas, então ele também o mascarou com contas de opacidades variadas. Finalmente, ele calculou, depois de reduzir o brilho do Sol por um fator de aproximadamente 800 milhões, a estrela mais brilhante do céu, Sirius, deve ser 28.000 vezes tão distante quanto o Sol. Isso o colocaria a 0,44 anos-luz de distância; se Huygens soubesse que Sirius era intrinsecamente 25,4 vezes mais brilhante que o nosso Sol, ele poderia ter chegado a uma estimativa de distância razoavelmente boa apenas com esse método mais primitivo.
O conceito de paralaxe estelar, onde um observador em dois pontos de vista diferentes vê uma mudança de objeto em primeiro plano. Crédito da imagem: trabalho de domínio público de Srain na Wikipédia em inglês.
Em 1800, demos outro grande salto à frente. A combinação do heliocentrismo – ou a noção de que a Terra orbitava o Sol – combinada com melhorias na tecnologia dos telescópios nos permitiu considerar, pela primeira vez, medir diretamente a distância geométrica de uma dessas estrelas. Não eram mais necessárias suposições sobre que tipo de estrela era, ou sobre suas propriedades luminosas. Em vez disso, a mesma matemática que permite que você mantenha o polegar no comprimento do braço, feche um olho e depois troque os olhos e observe seu polegar parecer se mover, nos permitiu medir as distâncias até as estrelas.
Uma aplicação de paralaxe, onde um objeto de primeiro plano (dedo) parece mudar em relação ao plano de fundo (árvores) à medida que você se move do olho esquerdo para o direito. Crédito das imagens: E. Siegel, 2010.
Conhecido como paralaxe, o fato de a órbita do nosso planeta ter cerca de 300 milhões de quilômetros de diâmetro ao redor do Sol significa que, se observarmos as estrelas hoje versus daqui a seis meses, veremos as estrelas mais próximas parecerem mudar de posição no céu em relação a as outras estrelas, mais distantes. Ao medir como a posição aparente de uma estrela parecia mudar ao longo de um ano terrestre, em um padrão periódico, poderíamos simplesmente construir um triângulo e descobrir sua distância de nós. Começando com Friedrich Bessel em 1838, que mediu a estrela 61 Cygni , e imediatamente seguido por Friedrich Struve e Thomas Henderson, que mediram a distância para Vega e Alpha Centauri, respectivamente. (Curiosamente, Henderson poderia ter sido o primeiro a chegar lá, mas ele estava com medo de que seus dados estivessem errados, e então ele se sentou neles por anos até que Bessel finalmente o pegou!) Esse foi um método mais direto que levou a resultados muito mais precisos . Mas mesmo isso veio com problemas.
Um exemplo/ilustração de lente gravitacional e a curvatura da luz das estrelas devido à massa. Crédito da imagem: NASA / STScI, via http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2000/07/image/c/ .
Porque o século 20 trouxe consigo a física da Relatividade Geral e uma revolução própria. A percepção de que a própria massa causava curvatura no tecido do espaço-tempo significava que as localizações das diferentes massas – tanto em nosso Sistema Solar quanto além – distorceram as posições aparentes dessas estrelas de maneiras diferentes à medida que os meses e anos passavam. Embora a deformação seja incrivelmente pequena, as diferenças nas posições são minúsculas: frações minúsculas de um milésimo de um grau. Compreender essa curvatura da luz das estrelas nos ajuda a obter resultados mais precisos do que a simples paralaxe geométrica, mas nossa falta de um mapa de massa completo do Sistema Solar e da galáxia torna isso uma tarefa difícil.
Uma ilustração da escada de distância cósmica, começando com estrelas variáveis Cefeidas individuais. Crédito da imagem: NASA, ESA e A. Feild (STScI).
Hoje, nossa compreensão do Universo em expansão depende extraordinariamente precisamente da medição de distâncias cósmicas. No entanto, os degraus mais próximos dessa escada de distância cósmica, para variáveis de estrelas como Cefeidas dentro de nossa própria galáxia, dependem desse método de paralaxe. Se houver um erro de apenas alguns por cento nessas medições, esses erros se propagarão até as maiores distâncias, e essa é uma resolução potencial para as tensões nas medições da constante de Hubble . Percorremos um longo caminho na medição de distâncias cósmicas com uma precisão incrível, mas não temos 100% de certeza de que nossos melhores métodos são tão precisos quanto precisamos que sejam. Talvez, depois de quatro séculos tentando medir a distância real das estrelas mais próximas, ainda tenhamos mais a percorrer.
Esta postagem apareceu pela primeira vez na Forbes . Deixe seus comentários em nosso fórum , confira nosso primeiro livro: Além da Galáxia , e apoie nossa campanha no Patreon !
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