Como sabemos que o Universo está se expandindo
Os astrofísicos já acreditaram em um Universo estático, contendo apenas a Via Láctea. A ciência provou definitivamente o contrário.
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Principais conclusões- Há menos de 100 anos, os astrônomos pensavam que a Via Láctea era a única galáxia do Universo.
- Em 1924, Edwin Hubble mostrou que as nebulosas eram, na verdade, outras galáxias, separadas por grandes distâncias.
- Em 1929, o Hubble mostrou que essas outras galáxias estavam se afastando umas das outras com velocidades proporcionais à sua distância. O Universo em expansão nasceu, e não é nada como uma bomba explodindo.
Há menos de cem anos, os astrônomos pensavam que a Via Láctea era a única galáxia do Universo. As nebulosas nebulosas capturadas pelos telescópios foram entendidas como nuvens de gás dentro dos limites de nossa galáxia. Os resultados indicaram que o Universo era estático, não mudando no tempo.
Uma exceção foram as descobertas de Vesto Slipher, um astrônomo americano que, já em 1912, observou que a nebulosa de Andrômeda estava se movendo em direção ao Sol a cerca de 186 milhas por segundo. Para isso, ele usou o efeito Doppler, a distorção no movimento das ondas devido ao movimento de uma fonte (ou do observador). Sentimos o efeito Doppler toda vez que ouvimos uma ambulância ou uma buzina se aproximando ou se afastando de nós. Se em nossa direção, as ondas sonoras são comprimidas e o tom é mais alto; se longe de nós, eles se estendem e o tom é mais baixo. O mesmo acontece com as ondas de luz. Slipher conjeturou que Andrômeda estava se movendo em nossa direção, pois sua luz foi deslocada para a extremidade azul do espectro de luz.
Ele estava certo. Agora sabemos que Andrômeda não está apenas se movendo em nossa direção, mas que colidirá com a Via Láctea cerca de quatro ou cinco bilhões de anos a partir de agora - formando o galáxia Milkdromeda .
Em 1917, Slipher mediu as velocidades radiais (o componente da velocidade em direção a nós) de várias outras nebulosas, concluindo que elas estavam desviadas para o vermelho – isto é, se afastando de nós. Poucos cientistas na Europa tinham ouvido falar dos resultados de Slipher. Mesmo nos EUA, eles eram controversos. Em 1917, Einstein propôs o primeiro modelo cosmológico da era moderna, usando sua nova teoria geral da relatividade. Ele assumiu um Universo estático.
O Grande Debate de 1920
Em 20 de abril de 1920, Harlow Shapley, do Observatório Mount Wilson, e Heber Curtis, do Observatório Allegheny, em Pittsburgh, reuniram-se no palco para debater a natureza das galáxias, evento patrocinado pela Academia Nacional de Ciências. Seriam universos insulares de nebulosas fora da Via Láctea, ou a Via Láctea era a única galáxia, cercada pela vastidão do espaço vazio? A reunião, conhecida como O Grande Debate, é um exemplo poderoso de como os dados preliminares podem ser interpretados de diferentes maneiras, todas aparentemente razoáveis. Também esclarece por que dados melhores são essenciais para uma pesquisa científica sólida.
Shapley acreditava que a Via Láctea era muito maior do que a maioria imaginava, tendo assim muito espaço para caber todas as nebulosas. Curtis propôs o contrário, que as nebulosas eram outras galáxias, fora da Via Láctea. Embora Shapley parecesse ter a vantagem no debate, terminou de forma inconclusiva.
Hubble ganha usando velas padrão
É aí que entra Edwin Hubble, para acabar com a disputa de uma vez por todas.
O Hubble usou o telescópio Mount Wilson de 100 polegadas para identificar o que os astrônomos chamam de velas padrão em outras nebulosas – ou seja, fontes de luz que funcionam da mesma maneira em todos os lugares. Imagine que, em uma noite escura, você coloque lanternas elétricas idênticas a diferentes distâncias em um campo aberto. Ao medir seu brilho relativo, é possível usar a lei do inverso do quadrado para determinar a que distância eles estão de você. (A lei diz que a intensidade da luz cai com o quadrado da distância até a fonte.)
O Hubble encontrou velas padrão em muitas galáxias: estrelas conhecidas como variáveis Cefeidas que pulsam com uma periodicidade muito típica. (Por isso, ele teve que agradecer o trabalho espetacular de Henrietta Levitt sobre Cefeidas no Observatório de Harvard.) Partindo de fontes próximas, Hubble construiu uma escada de distância cósmica, saltando para distâncias maiores com suas velas padrão.
No início de 1924, Hubble escreveu a Shapley para lhe dizer que havia encontrado variáveis Cefeidas em Andrômeda. Shapley compreendeu imediatamente que sua visão do Universo estava morta. No final de 1924, o Hubble descobriu dezenas de Cefeidas em Andrômeda e em 22 outras nebulosas espirais. Suas distâncias eram de milhões de anos-luz. O Grande Debate acabou: o Universo é povoado por universos insulares, galáxias separadas por grandes distâncias. Mas ainda estava estático.
De um universo estático à lei de Hubble
Enquanto isso, modelos teóricos do Universo propunham uma visão contrária à de Einstein. O Universo pode mudar com o tempo. E se isso acontecesse, as galáxias deveriam se afastar umas das outras, carregadas pelo alongamento do espaço como rolhas de um rio (com algumas ressalvas).
Em 1917, o cosmólogo holandês Willem De Sitter sugeriu que um Universo vazio com uma constante cosmológica se expandiria exponencialmente rápido. (Einstein havia proposto uma constante cosmológica em 1917 como uma espécie de agente repulsivo que trabalhava contra a atração da gravidade para manter seu universo estático. Remova a matéria e isso faz o universo crescer muito rápido.)
Em 1922, o russo Alexander Friedmann propôs que mesmo um Universo sem uma constante cosmológica também poderia expandir e contrair, dependendo da quantidade de matéria que continha. Alguns anos depois, o padre e cosmólogo belga Georges Lemaître propôs um modelo de átomo primitivo, onde o Universo emergiria do decaimento de uma enorme bola radioativa de nêutrons e continuaria a se expandir, dando origem a galáxias e estrelas. (Para o leitor interessado, existem muitos livros não técnicos sobre a história da cosmologia .)
Mas apenas os dados podem dar vida às teorias, por mais excitantes que sejam. Após um trabalho meticuloso, em 1929, Hubble e seu assistente Milton Humason anunciaram que as observações suportavam um Universo em expansão. Hubble identificou suas velas padrão necessárias – estrelas muito brilhantes, mais brilhantes ainda que as Cefeidas, em 46 galáxias – concluindo que as galáxias se afastavam umas das outras em velocidades proporcionais às suas distâncias. A relação é agora conhecida como lei de Hubble, a relação simples que descreve como o espaço se expande.
O Universo em expansão não é como uma bomba
A expansão do Universo é muitas vezes confundida com uma bomba explodindo. Não é nada parecido. Com uma bomba, há um centro onde a bomba explode e os estilhaços voam para longe desse ponto central. O espaço permanece fixo como plano de fundo.
Por outro lado, a expansão do Universo é uma expansão do próprio espaço. É como se o chão sob seus pés começasse a se esticar em duas direções (porque o chão é bidimensional), carregando tudo com ele. Costumo usar uma sala de aula com mesas como ilustração. As carteiras se afastam umas das outras e você vê seus colegas se afastando também. Se cada uma é uma galáxia, todas as galáxias se afastam umas das outras à medida que o solo se estende. Nenhum é mais central do que o outro.
O Universo em expansão é a derradeira democracia espacial, nenhum ponto mais importante do que qualquer outro. Reproduza o filme de trás para frente e todos eles se reúnem depois de algum tempo. Este é o Big Bang, o evento que marcou o início da expansão, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás.
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