• Começa Com Um Estrondo

É assim que o universo muda a cada novo ano que passa

Nossas pesquisas de galáxias mais profundas podem revelar objetos a dezenas de bilhões de anos-luz de distância, mas há mais galáxias dentro do Universo observável que ainda temos que revelar entre as galáxias mais distantes e o fundo cósmico de micro-ondas, incluindo as primeiras estrelas e galáxias de todas. . É possível que a próxima geração de telescópios quebre todos os nossos atuais recordes de distância. (PESQUISA SLOAN DIGITAL SKY (SDSS))

Depois de 13,8 bilhões de anos, ainda há muita coisa que está mudando com o passar do tempo.

A cada novo ano que chega, há uma série de novos eventos esperando por nós, não apenas aqui na Terra, mas em todo o Universo observável. Apesar de todas as aparências de que as coisas não mudam muito, principalmente em escalas cósmicas, nosso planeta, o Sistema Solar, a galáxia e até o Universo inteiro passam por metamorfoses significativas que não são apenas detectáveis, mas que se somam cumulativamente com o passar do tempo. em.

Pode ser fácil notar os principais eventos à medida que a Terra orbita o Sol, como as mudanças de fases da lua, eclipses, chuvas de meteoros e cometas passando pelos nossos céus. Estrelas variáveis ​​mudam de aparência, novas estrelas se formam e estrelas velhas morrem. Ocasionalmente, até testemunhamos um evento cataclísmico, como uma supernova, uma fusão de buracos negros ou uma explosão de raios gama. Mas mesmo um único ano pode anunciar algumas maneiras incríveis de como nosso Universo é alterado para sempre.

A espaçonave MESSENGER com destino a Mercúrio capturou várias imagens impressionantes da Terra durante uma passagem gravitacional de seu planeta natal em 2 de agosto de 2005. Várias centenas de imagens, tiradas com a câmera grande angular do Mercury Dual Imaging System (MDIS) da MESSENGER, foram sequenciado em um filme documentando a visão do MESSENGER quando ele partiu da Terra. A Terra gira aproximadamente uma vez a cada 24 horas em seu eixo e se move pelo espaço em uma órbita elíptica ao redor do nosso Sol. (NASA / MISSÃO DE MENSAGEIRO)

Um dia na Terra é um pouco mais longo este ano do que no ano passado . Pode ser difícil perceber em apenas um ano, mas o tempo que a Terra leva para girar cerca de 360° em seu eixo é maior hoje do que há um ano, em aproximadamente 14 nanossegundos. Isso pode não fazer muita diferença para a maioria de nós – exceto aqueles de nós que prestam muita atenção ao ocasional segundo bissexto – mas isso realmente aumenta com o tempo.

Essa desaceleração contínua, causada pelo atrito de maré exercido pela Lua e pelo Sol na Terra em rotação, significa que cada vez menos rotações planetárias ocorrem a cada revolução em torno do Sol. Em outros 4 milhões de anos, anos bissextos ( como este ) não será mais necessário para nossos calendários, pois um ano terá exatamente 365 dias. Nos primórdios do Sistema Solar, um dia na Terra durava apenas 6 a 8 horas, o que significa que tínhamos mais de 1.000 dias por ano. Mas nossa taxa de rotação é apenas o começo do que muda em um ano.

Quando a espaçonave Voyager 1 partiu da Terra, ela olhou para trás e tirou esta foto: a primeira vez que uma fotografia da Terra e da Lua estava contida no mesmo quadro e mostrava ambas em fase crescente. Esta imagem foi registrada em 18 de setembro de 1977, a uma distância de 11,7 milhões de km da Terra. (NASA/JPL)

A Lua está mais longe da Terra do que no ano passado . Este é um desafio incrível em termos de nossas capacidades de observação, porque a diferença entre o apogeu e o perigeu - as aproximações mais distantes e mais próximas da Terra - é de mais de 40.000 quilômetros, enquanto a Lua espirala para fora, afastando-se da Terra, a uma taxa de apenas alguns centímetros por ano: bem no limite da tecnologia de alcance do laser lunar.

Mas se a rotação da Terra está diminuindo, isso significa que ela está perdendo o momento angular, que é uma daquelas quantidades na física que nunca podem ser criadas ou destruídas. Se a Terra está perdendo momento angular, outra coisa deve estar ganhando, e essa é a órbita da Lua, que espirala para fora em resposta. Com o tempo, a Lua fica cada vez mais distante. Considerando que hoje temos uma mistura de eclipses solares totais, anuais e híbridos, em outros 650 milhões de anos, todos os eclipses solares serão anulares . A Lua estará distante o suficiente para que mesmo um alinhamento perfeito não bloqueie completamente o Sol.

Este corte mostra as várias regiões da superfície e do interior do Sol, incluindo o núcleo, que é onde ocorre a fusão nuclear. Com o passar do tempo, a região que contém hélio no núcleo se expande e a temperatura máxima aumenta, fazendo com que a produção de energia do Sol aumente. Quando nosso Sol ficar sem combustível de hidrogênio no núcleo, ele se contrairá e aquecerá a um grau suficiente para que a fusão de hélio possa começar. (USUÁRIO DO WIKIMEDIA COMMONS KELVINSONG)

O Sol está um pouco mais quente este ano do que no ano passado . De momento a momento, o Sol é uma estrela ligeiramente variável, com uma produção de energia que muda cerca de 0,1% em qualquer direção. Mas se tomarmos uma média de longo prazo, algumas mudanças sutis surgem. De 365 dias atrás até agora, o Sol é um pouco mais luminoso em 5 bilionésimos de um por cento, ou um aumento na produção de energia e brilho em 0,000000005%.

Na escala de tempo de um único ano, isso pode parecer insignificante, mas começa a importar com o passar do tempo. O Sol obtém sua energia convertendo matéria em energia via Einstein E = mc² , fazendo com que perca cerca de 10¹⁷ kg de massa ao longo de cada ano. Quanto mais combustível ele queima, mais quente o núcleo fica, fazendo com que ele queime seu combustível ainda mais rápido. Em cerca de 1 a 2 bilhões de anos, a produção de energia do Sol terá aumentado em quantidades suficientes para que os oceanos da Terra fervam, trazendo um fim à vida em nosso mundo como o conhecemos .

Uma única estrela monstruosa, Herschel 36, brilha tanto quanto 200.000 sóis combinados no coração da Nebulosa da Lagoa. Enquanto a luz visível (L) revela a presença de gás e poeira em diferentes temperaturas e composta por diferentes elementos, a visão infravermelha à direita mostra a incrível abundância de estrelas que estão escondidas atrás da nebulosidade na parte visível do espectro. Essas estrelas dentro da nebulosa não são totalmente resolvidas pelo Hubble em seus comprimentos de onda acessíveis, mas James Webb chegará lá. A estrela massiva Herschel 36 provavelmente morrerá antes que as estrelas no seu interior terminem de se formar. (NASA, ESA E STSCI)

Um punhado de pequenas novas estrelas nascem na Via Láctea . Na maioria das galáxias modernas, incluindo a nossa Via Láctea, nuvens de gás ainda existem e colapsam sob sua própria gravidade. Ao longo de escalas de tempo de milhões de anos, isso leva à formação de novas estrelas, como mostrado através das várias nebulosas formadoras de estrelas visíveis no céu noturno.

A taxa atual de formação de estrelas da nossa galáxia nos ensina que 0,68 massas solares de material formam novas estrelas a cada ano, um número típico para uma galáxia grande e silenciosa como a nossa. Isso é apenas uma média, é claro, já que algumas das estrelas que formaremos são ~ 100 massas solares, enquanto a maioria tem menos de 40% da massa do Sol, mas em um ano típico isso resultará na formação de algumas estrelas vermelhas. estrelas anãs. Em todo o Universo, a taxa atual de formação de estrelas é apenas cerca de 5% do que era em seu pico há cerca de 11 bilhões de anos.

Dois remanescentes de supernova, G1.9+0.3 e Cassiopeia A, são mostrados aqui como fotografados por uma variedade de Grandes Observatórios da NASA. Ambas as supernovas ocorreram após 1604, quando a última supernova a olho nu ocorreu na Via Láctea. A taxa de supernova estimada mais recente em nossa galáxia é de 2 a 7 por século. (NASA/CXC/NCSU/K.BORKOWSKI ET AL. (L); NASA, ESA, E HUBBLE HERITAGE (STSCI/AURA)-ESA/COLABORAÇÃO HUBBLE; AGRADECIMENTOS: R. FESEN (DARTMOUTH COLLEGE) E J. LONG ( ESA/HUBBLE) (R))

Temos alguns por cento de chance de uma supernova em nossa própria galáxia . Cerca de 50 anos atrás, pensávamos que as supernovas eram extremamente raras, sendo as supernovas de 1572 de Tycho e 1604 de Kepler as duas últimas visíveis da Terra a olho nu. Mas só porque um não é visível da Terra a olho nu, não significa que eles não ocorram em outros lugares da Via Láctea.

Ambos os remanescentes de supernova identificados, acima, apontam para uma origem mais recente do que a supernova de 1604 e estão definitivamente localizados na Via Láctea. Nossa galáxia deve experimentar cerca de 4 vezes a taxa de supernovas de colapso de núcleo do que as (tipo Ia) decorrentes de anãs brancas, com uma taxa total entre 2 e 7 por século. Com detectores de neutrinos em todo o mundo, não perderemos o próximo, mesmo que não o detectemos visualmente.

Mas na escala de todo o Universo…

De acordo com as observações originais de Penzias e Wilson, o plano galáctico emitiu algumas fontes astrofísicas de radiação (centro), mas acima e abaixo, tudo o que restava era um fundo uniforme e quase perfeito de radiação. A temperatura e o espectro dessa radiação já foram medidos, e a concordância com as previsões do Big Bang é extraordinária. Se pudéssemos ver a luz de micro-ondas com nossos olhos, todo o céu noturno se pareceria com o oval verde mostrado, com uma temperatura constante em todos os lugares de 2,7255 K. (NASA / WMAP SCIENCE TEAM)

O Universo está um pouco mais frio este ano do que no ano passado . Em todas as direções que olhamos, vemos o mesmo brilho remanescente de radiação. Esse banho de fótons chega a 2,7255 K, mas chega até nós de forma omnidirecional e contínua o tempo todo, com pouco mais de 400 fótons do Big Bang ocupando cada centímetro cúbico de espaço. Só ficou tão legal depois de 13,8 bilhões de anos de expansão cósmica, que esticou toda a radiação e a resfriou até as frequências de micro-ondas que ocupa hoje.

Claro, o Universo ainda está se expandindo e esfriando, e continuará a fazê-lo até que esses fótons se aproximem assintoticamente do zero absoluto. Um ano faz apenas uma pequena diferença, resfriando a radiação cósmica de fundo em cerca de 200 picokelvin em relação à temperatura de um ano atrás. Espere por mais algumas dezenas de bilhões de anos, e não seremos mais capazes de detectar esse fundo!

Após o Big Bang, o Universo estava quase perfeitamente uniforme e cheio de matéria, energia e radiação em um estado de rápida expansão. Com o passar do tempo, o Universo não apenas forma elementos, átomos e aglomerados que levam a estrelas e galáxias, mas também se expande e esfria o tempo todo. O Universo continua a se expandir até hoje, crescendo a uma taxa de 6,5 anos-luz em todas as direções por ano com o passar do tempo. (NASA/GSFC)

O horizonte cósmico cresce 60 trilhões de km, ou 6,5 anos-luz em todas as direções, a cada ano . Quando você faz a pergunta de quão distante é a coisa mais distante no Universo em expansão que podemos observar, a resposta que você chega é de 46,1 bilhões de anos-luz de distância. Mas a cada ano que passa, isso aumenta em mais 6,5 anos-luz em todas as direções.

Esse pequeno aumento na distância radial corresponde a um aumento volumétrico de cerca de 170 sextilhões de anos-luz cúbicos. Esse volume extra de espaço, dada a densidade de galáxias dentro do nosso cosmos, significa que a cada ano que passa, cerca de 850 galáxias adicionais se tornam visíveis, em princípio, para a humanidade.

Mas no que diz respeito às galáxias que podemos alcançar, o oposto é verdadeiro.

O tamanho do nosso Universo visível (amarelo), juntamente com a quantidade que podemos alcançar (magenta). Se acelerarmos a 9,8 m/s² por aproximadamente 22,5 anos e depois girarmos e desacelerarmos por mais 22,5 anos, poderíamos alcançar qualquer galáxia dentro do círculo magenta, mesmo em um Universo com energia escura. (E. SIEGEL, COM BASE NO TRABALHO DOS USUÁRIOS DO WIKIMEDIA COMMONS AZCOLVIN 429 E FRÉDÉRIC MICHEL)

Aproximadamente 20 milhões de estrelas que antes eram acessíveis à velocidade da luz estão agora para sempre fora do nosso alcance . A energia escura tem dominado a expansão do Universo nos últimos 6 bilhões de anos, e isso faz com que galáxias distantes se afastem de nós em taxas cada vez mais rápidas. A uma distância crítica, cerca de um terço do caminho para o horizonte cósmico (cerca de 16 bilhões de anos-luz), as galáxias mais distantes do que isso parecerão se afastar de nós em velocidades mais rápidas que a da luz.

Isso significa que, se carregássemos uma espaçonave capaz de acelerar instantaneamente a velocidades indistinguíveis da velocidade da luz, ela só poderia alcançar as galáxias que estivessem mais próximas do que essa distância crítica. A cada ano que passa, aproximadamente 20 milhões de novas estrelas – ou cerca de uma pequena galáxia anã – passam de alcançáveis ​​para inalcançáveis ​​da nossa perspectiva. O Universo está desaparecendo, e esta é a taxa em que está fazendo isso.

O Hubble eXtreme Deep Field (XDF) pode ter observado uma região do céu apenas 1/32.000.000 do total, mas foi capaz de descobrir 5.500 galáxias dentro dele: cerca de 10% do número total de galáxias realmente contidas neste fatia estilo lápis-feixe. Os 90% restantes das galáxias são muito fracos ou muito vermelhos ou muito obscurecidos para o Hubble revelar, e observar por longos períodos de tempo não melhorará muito esse problema. O Hubble atingiu seus limites, e muitas das galáxias reveladas aqui já estão além do limite do que poderíamos alcançar. (EQUIPES HUDF09 E HXDF12 / E. SIEGEL (PROCESSAMENTO))

Com uma vida útil de 13,8 bilhões de anos até agora, o Universo certamente existe há algum tempo. Embora possa parecer mudar apenas imperceptivelmente nas escalas de tempo humanas, o fato é que essas mudanças são reais, importantes e cumulativas. Se olharmos de perto e com bastante precisão, podemos observar essas mudanças em escalas de tempo tão pequenas quanto um único ano.

Essas mudanças afetam não apenas nosso mundo natal, mas nosso Sistema Solar, galáxia e até mesmo todo o Universo. Estamos apenas nos estágios iniciais de explorar como o Universo muda ao longo do tempo e como ele se parece nas maiores distâncias e nos extremos mais fracos. Que os anos 2020 marquem a década, finalmente, em que reunimos nossos esforços como espécie no esforço de descobrir os maiores segredos cósmicos de todos.

Começa com um estrondo é agora na Forbes , e republicado no Medium com um atraso de 7 dias. 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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