Retrocesso quinta-feira: além dos dedos de Deus

Crédito da imagem: A Criação, Michelangelo.



O Universo que vemos não é exatamente o Universo que é. Como traduzimos?



Em uma escala cósmica, nossa vida é insignificante, mas este breve período em que aparecemos no mundo é o momento em que surgem todas as questões significativas.
Paul Ricoeur



Pergunte a qualquer um que tenha olhado para um céu escuro em uma noite clara e sem lua, e você imediatamente ouvirá histórias sobre o quão incompreensivelmente vasto é o Universo. À medida que milhares de estrelas, cada uma com sua própria história cósmica, surgem no céu, junto com a vasta extensão da Via Láctea, é fácil se sentir sobrecarregado.

Crédito da imagem: Randy Halverson, usuário do flickr dakotalapse, de http://dakotalapse.com/ .



Mas o que você está olhando não é muito do Universo, no mínimo. Na verdade, praticamente todos os pontos de luz que você vê, Incluindo as vastas faixas de estrelas muito fracas para serem resolvidas individualmente, vêm de dentro de nossa própria galáxia, a Via Láctea, ou muito próximas a ela. Como sabemos por gerações de telescópios, observatórios, observações, bem como físicos e astrônomos, o Universo se estende muito além disso.



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).

Existem centenas de bilhões de galáxias ( pelo menos ) lá fora em nosso Universo observável, espalhado, do nosso ponto de vista, sobre uma esfera de cerca de 46 bilhões de anos-luz de raio.



Se olhássemos para ele, como seres humanos, estaríamos limitados pela biologia de nossos olhos. Muito bem adaptado para ver em condições bem iluminadas, nos sairíamos um pouco menos bem no espaço intergaláctico; só seríamos capazes de ver a mais próxima e mais brilhante de todas as fontes de luz, o que provavelmente nos limitaria a apenas algumas dezenas de galáxias, no topo, se fôssemos jogados em um local aleatório.

Crédito da imagem: Knut Skaar ou http://knutsastronomy.blogspot.com/ , de Messier 109.



Do jeito que está, estamos dentro de nossa própria galáxia, assim como milhares e milhares de estrelas em primeiro plano que temos que ignorar quando olhamos profundamente para o Universo. Também estamos familiarizados com o uso de ferramentas como telescópios e/ou câmeras - uma ou ambas são necessárias para ver galáxias próximas e brilhantes como Messier 109 , acima — para ajudar a melhorar nossa compreensão do que está por aí.



Não é à toa que tantos de nós sonhamos em viajar pelo Universo, vendo o que está além do nosso reino local. Quão grandioso seria ver todas as galáxias e como elas se aglomeram e se agrupam, as diferentes formas que assumem e como seria esse voo.

Que aventura seria.



Por mais fantástico que seja o vídeo acima, consiste em cerca de 400.000 galáxias, ocupando uma fração relativamente insignificante do volume do nosso Universo observável: cerca de 0,0001% do que é acessível a nós.

Não podemos fazer melhor que isso?



Crédito da imagem: Cosmic Flows Project/Universidade do Havaí, via http://www.cpt.univ-mrs.fr/ .

Recentemente, o Projeto Fluxos Cósmicos juntou um vídeo impressionante (narrado com um forte sotaque francês) isso é um passeio de 17 minutos pelo Universo local dentro de 300.000.000 anos-luz. É uma visão notável não apenas da nossa Via Láctea, nosso grupo local e nosso superaglomerado mais próximo (o superaglomerado de Virgem, do qual estamos nos arredores e que contém cerca de 100.000 galáxias), mas além disso, para os maiores superaglomerados e vazios encontrados nas proximidades!

Quando tiver tempo, você definitivamente quer assistir tudo.

Mas você pode olhar para isso e se perguntar apenas quão descobrimos isso: como sabemos como o Universo realmente se parece? Do nosso ponto de vista aqui na Terra - ou mesmo no espaço de algum lugar dentro do nosso Sistema Solar - há uma muito de informações para filtrar e descobrir.

A coisa mais simples que você pode fazer realmente o leva muito longe: lembre-se Lei de Hubble , ou o fato de que não apenas o Universo está se expandindo, mas a distância que uma galáxia está de nós é diretamente proporcional à sua velocidade de recessão.

Crédito da imagem: Larry McNish do RASC Calgary Centre, via http://calgary.rasc.ca/ .

Acontece que o redshift é na verdade um pouco fácil propriedade de uma galáxia para medir, portanto, se você conhece a lei de Hubble, pode inferir a que distância essa galáxia está.

Nós vamos, amável do. A Lei de Hubble fornece uma aproximação muito boa para distâncias médias, particularmente em grandes escalas. Mas a lei de Hubble não leva em conta todo do redshift de um objeto. Há também o problema muito menor (que é o sarcasmo) de todas as outras matérias do Universo e os efeitos gravitacionais que teve em cada galáxia com a qual teve tempo de interagir nos últimos 13,8 bilhões de anos.

Crédito da imagem: usuário do Wikimedia Commons Brews ohare.

A matéria tem essa propriedade irritante de se aglomerar e se agrupar, e isso ocorre porque a atração gravitacional faz com que ela se mover . Não me entenda mal, isso é ótimo para muitas coisas, mas não é ótimo quando você está tentando descobrir o quão distante um objeto realmente está quando tudo o que você mede é seu movimento!

Qual é o impacto da gravitação? Cria distorções ao longo da linha de visão, conhecidas como distorções do redshift-space .

Galáxias mostradas em espaço de redshift (esquerda) e espaço real (direita). Observe as tremendas diferenças. Crédito da imagem: M.U. SubbaRao et ai., New J. Phys. 10 (2008) 125015, via IOPscience.

Como você pode ver, à esquerda, essas distorções criam linhas ou raias aparentes que apontam radialmente em sua direção. Chamamos essas características Dedos de Deus . Esses efeitos acontecem porque as galáxias agrupadas se movem mais rapidamente, tanto em direção quanto em direção ao centro do aglomerado, o que as espalha em redshift.

Há também um efeito menos perceptível, onde os aglomerados se movem em relação uns aos outros e caem em superaglomerados e filamentos; estes na verdade têm o efeito inverso em escalas maiores, criando feições mais planas em escalas muito grandes. Há quem chame isso de efeito Kaiser (depois de Nick Kaiser ), mas sempre os chamei de Panquecas de Deus.

Porque, você sabe, quando se trata de Deus, imagino que dedos e panquecas combinam.

Crédito da imagem: do filme Thor (2011).

Então, como podemos superar esses distorções do espaço redshift ? Acredite ou não, este é um dos momentos em que as simulações nos ajudaram tremendamente! Graças à forma como essa estrutura se forma ao longo da história do Universo, a partir de sua evolução gravitacional, podemos descobrir exatamente como, em todas as escalas de distância , objetos agrupados traduzem do espaço de redshift, que é fácil de medir, para o espaço real, que é o Universo em que realmente vivemos.

Em outras palavras, as simulações nos dizem como desfazer os efeitos falsos que esses dedos e panquecas artificiais introduzem, trazendo-nos de volta ao Universo como ele realmente é.

Crédito da imagem: Lahav et al. e a Equipe de Pesquisa 2dF Galaxy Redshift (2002).

Neste ponto, entendemos o agrupamento em nosso Universo – bem como a matéria escura e a energia escura da qual depende – para fazer essa transformação com níveis incrivelmente altos de confiança. Então, com certeza, começamos no mesmo lugar: medimos o desvio para o vermelho das galáxias e as traçamos de acordo.

Crédito da imagem: Two-micron all-sky survey (2MASS), IPAC / Caltech, Univ. de Massachussets.

Mas então usamos todas as coisas que sabemos sobre massa, matéria e gravidade para entender como essas galáxias se agruparam e mapear – da melhor maneira possível – suas velocidades peculiares ou sua velocidade em relação ao fluxo do Hubble. Ao subtrair essas velocidades peculiares, podemos obter estimativas de suas posições no espaço real e, portanto, de quão longe em cada direção cada galáxia está.

Observe como os FOGs (Fingers of God) desaparecem após fazermos esse processamento. Crédito da imagem: Tegmark, M., et al. 2004, ApJ, 606, 702.

Os efeitos de dedo (e efeitos de panqueca) não são reais; quando levamos em conta a atração gravitacional dos objetos no Universo, descobrimos que o real , o Universo observável concorda exatamente com o que nossas simulações preveem.

A teia cósmica – a estrutura que galáxias, grupos, aglomerados e filamentos formam na maior de todas as escalas – é real e espetacular.

E é por isso que o Universo se parece, além dos Dedos de Deus!


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