A que distância fica a galáxia mais distante do Universo?
Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Alexander Meleg, sob uma licença c.c.a.-s.a.-3.0.
E quão perto está o mais distante que já encontramos até agora?
A ciência, no entanto, me dá a sensação de progresso constante: estou convencido de que a física teórica é filosofia real. Ele revolucionou conceitos fundamentais, por exemplo, sobre espaço e tempo (relatividade), sobre causalidade (teoria quântica) e sobre substância e matéria (atomística), e nos ensinou novos métodos de pensamento (complementaridade) que são aplicáveis muito além da física. . – Max Nascido
O Universo é um lugar terrivelmente grande. Quando olhamos para o céu noturno, quase tudo visível a olho nu é parte de nossa própria galáxia, como uma estrela, um aglomerado de estrelas ou uma nebulosa, com poucas exceções. No entanto, algumas dessas exceções – como a Galáxia do Triângulo, acima – podem ser vistas através das estrelas da nossa Via Láctea, saindo da escuridão. Esses Universos insulares são encontrados em todo o Universo em todos os lugares que olhamos, mesmo nos trechos mais escuros e vazios do espaço, se estivermos dispostos a coletar luz suficiente para olhar fundo o suficiente.
Crédito da imagem: NASA, ESA, R. Windhorst, S. Cohen e M. Mechtley (ASU), R. O'Connell (UVa), P. McCarthy (Carnegie Obs), N. Hathi (UC Riverside), R. Ryan (UC Davis), & H. Yan (tOSU).
A maioria dessas galáxias está tão distante que, mesmo na velocidade da luz, são necessários muitos milhões ou até bilhões de anos para um único fóton fazer a viagem através do espaço intergaláctico, onde foi emitido pela última vez da superfície de uma estrela, e finalmente chegar aos nossos olhos. Embora 186.282 milhas por segundo (ou 299.792.458 metros por segundo) possa parecer uma velocidade tremendamente rápida, o fato de termos apenas 13,8 bilhões de anos desde o Big Bang significa que a distância que a luz poderia ter viajado e ainda chegar até nós é finita .
Você também pode pensar que isso significa que a galáxia mais distante não deve estar a mais de 13,8 bilhões de anos-luz de nós, mas isso seria um erro. Veja bem, além de viajar a uma velocidade finita pelo Universo, a luz também está sujeita a um fato científico menos intuitivo: o fato de que o próprio tecido do Universo está se expandindo ao longo do tempo.
As soluções para a Relatividade Geral que até admitiam essa possibilidade só foram descobertas na década de 1920, mas as observações que vieram depois – mostrando que à medida que a distância de uma galáxia aumentava, também aumentava seu redshift cosmológico do nosso ponto de vista – nos permitiram não apenas confirmar que o Universo estava se expandindo, mas para eventualmente medir a taxa de expansão e como ela mudou ao longo do tempo. O que isso significa é que as galáxias, como as vemos hoje, são na verdade mais distantes do que estavam quando a luz que nos alcança agora foi emitida pela primeira vez.
Crédito da imagem: NASA; ESA; G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch, Universidade da Califórnia, Santa Cruz; R. Bouwens, Universidade de Leiden; e a Equipe HUDF09.
É análogo a estar em um aeroporto à beira de uma esteira rolante, com alguém em a passarela sendo afastada de você. Se eles rolassem uma bola em sua direção a 9 milhas por hora (4 metros por segundo) quando começaram a apenas 8 metros de você, você esperaria que levasse dois segundos para chegar até você. Mas se a passarela se movesse a 4,5 milhas por hora (2 metros por segundo) de você, levaria o dobro do tempo.
O que é menos intuitivo é que, no Universo em expansão, está demorando mais não porque a bola (ou a luz, no caso do Universo) está se movendo mais devagar; não é! A bola ainda está rolando a 4 metros por segundo e a luz ainda está viajando na velocidade da luz. Mas o tecido pelo qual a bola (ou luz) viaja está criando mais espaço entre você e ela, e assim a bola tem uma distância maior para rolar e a luz tem uma distância maior para viajar. Além disso, quando finalmente chegar, a galáxia emissora original agora estará ainda mais distante do que quando a luz foi emitida pela primeira vez, e estará mais longe do que um sinal que desafia a física poderia viajar instantaneamente.
Crédito das imagens: I. Labbé (Universidade de Leiden), NASA/ESA/JPL-Caltech.
A galáxia EGS8p7 é o atual detentor do recorde para a galáxia mais distante conhecida. Com um desvio para o vermelho medido de 8,63, nossa reconstrução do Universo nos diz que essa luz levou notáveis 13,24 bilhões de anos para viajar até nós. Fazendo as contas com mais precisão, descobrimos que estamos vendo esse objeto de quando o Universo tinha apenas 573 milhões de anos, ou apenas 4% de sua idade atual.
Mas como o Universo está se expandindo todo esse tempo, esta galáxia não está a apenas 13,24 bilhões de anos-luz de distância; na verdade é mais como 30,35 bilhões de anos-luz distante. E não se engane: isso significa que se você pudesse instantaneamente enviar um sinal desta galáxia para nós, cobriria uma distância de 30,35 bilhões de anos-luz. Se, em vez disso, você tentasse enviar um fóton desta galáxia para nossos olhos hoje, ele – graças à energia escura e ao tecido em expansão do espaço – nunca nos alcançaria. Essa galáxia se foi para sempre. Na verdade, a única razão pela qual podemos vê-lo com nossos telescópios atuais como Hubble e Keck é porque o gás neutro bloqueador de luz na direção desta galáxia é particularmente escasso!
Crédito da imagem: Mark Dijkstra, Lyman Alpha Emitting Galaxies as a Probe of Reionization, 2014, via http://arxiv.org/abs/1406.7292 .
Não se engane pensando que esta galáxia é a mais distante que existe ou a mais distante que veremos. Estamos vendo o mais fácil galáxias a essa distância que nossos equipamentos e o Universo nos permitem ver: as que têm o gás menos neutro, bloqueador de luz, as maiores e mais brilhantes e as que nossos instrumentos são sensíveis. Alguns anos no futuro, o Telescópio Espacial James Webb provavelmente verá muito mais longe do que isso, pois pode sondar comprimentos de onda mais longos (e, portanto, desvios para o vermelho mais altos), pode procurar luz que não seja bloqueada por gás neutro e pode ver galáxias muito mais fracas do que nossos telescópios atuais (como Hubble, Spitzer e Keck) podem ver hoje.
Crédito das imagens: Crédito da imagem: equipe NASA / JWST, via http://jwst.nasa.gov/comparison.html (a Principal); Equipe científica da NASA/JWST (inserção).
Em teoria, as primeiras galáxias deveriam existir com um desvio para o vermelho de 15 para 20, talvez com poucas se formando ainda mais cedo. Para referência, eis como seria o desvio para o vermelho de uma galáxia, o tempo de viagem da luz, o tempo de formação após o big bang e a distância de nós hoje:
Crédito de mesa: E. Siegel.
Observe quanta diferença na distância apenas um pouco de tempo faz nessa escala: 0,04 bilhão de anos no tempo pode significar mais de um bilhão anos-luz extras de distância! A galáxia mais antiga ainda está para ser descoberta e, no entanto, a mais distante que conhecemos já está a mais de 30 bilhões de anos-luz de distância. As primeiras galáxias de todas estão lá fora, apenas esperando que as exploremos e, à nossa maneira, compreendamos melhor nosso próprio passado.
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