O Universo está desaparecendo, e nós somos impotentes para pará-lo
Estima-se que existam dois trilhões de galáxias dentro do Universo observável. A maioria já está inacessível, e a situação só piora.
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 se aglomera e se agrupa devido à gravidade, mas as estruturas individuais ligadas se afastam umas das outras implacavelmente nas maiores escalas. Com o passar do tempo, perturbadoramente, cada aglomerado desaparecerá da vista de todos os outros. (Crédito: NASA/GSFC)
Principais conclusões- À medida que o Universo se expande, ele também gravita, então a taxa de expansão diminuiu tremendamente desde que o Big Bang quente ocorreu há cerca de 13,8 bilhões de anos.
- No entanto, cerca de seis bilhões de anos atrás, galáxias distantes começaram a acelerar sua retirada de nós: um efeito causado pela presença implacável da energia escura.
- Hoje, cerca de 94% das galáxias que podemos observar já estão inalcançáveis por nós e, no futuro distante, apenas o Grupo Local permanecerá.
Já faz quase um século desde que os cientistas teorizaram pela primeira vez que o Universo está se expandindo e que quanto mais distante uma galáxia está de nós, mais rápido ela parece recuar. Isso não ocorre porque as galáxias estão se afastando fisicamente de nós, mas sim porque o Universo está cheio de objetos gravitacionalmente ligados, e o tecido do espaço em que esses objetos residem está se expandindo.
Mas esse quadro, que dominou a partir da década de 1920, foi recentemente revisado. Faz apenas 20 anos desde que percebemos que essa expansão estava acelerando e que, com o passar do tempo, galáxias individuais parecerão se afastar de nós cada vez mais rápido. Com o tempo, eles se tornarão inacessíveis, mesmo que viajemos em direção a eles na velocidade da luz. O Universo está desaparecendo e não há nada que possamos fazer sobre isso.
A Via Láctea, vista no observatório de La Silla, é uma visão impressionante e inspiradora para qualquer um, e oferece uma visão espetacular de muitas estrelas em nossa galáxia. Além de nossa galáxia, no entanto, existem trilhões de outras, quase todas se expandindo para longe de nós. ( Crédito : ESO/Håkon Dahle)
Quando você olha para uma estrela cuja luz chega depois de viajar em sua direção por 100 anos, você está vendo uma estrela que está a 100 anos-luz de distância, devido ao fato de que a velocidade da luz é finita. Mas quando você olha para uma galáxia cuja luz chega depois de viajar em sua direção por uma jornada de 100 milhões de anos, você não está olhando para uma galáxia que está a 100 milhões de anos-luz de distância. Em vez disso, você está vendo uma galáxia significativamente mais distante do que isso!
A razão para isso é que nas maiores escalas – objetos que não estão gravitacionalmente ligados em galáxias, grupos ou aglomerados – o Universo está se expandindo. Quanto mais tempo um fóton leva para viajar de uma galáxia distante até seus olhos, maior o papel da expansão do Universo, o que implica que as galáxias mais distantes estão ainda mais distantes do que a quantidade de tempo que a luz delas viajou.
Esta animação simplificada mostra como a luz muda para o vermelho e como as distâncias entre objetos não ligados mudam ao longo do tempo no Universo em expansão. Quanto mais distante uma galáxia está, mais rápido ela se expande para longe de nós e mais sua luz parece desviada para o vermelho. Uma galáxia se movendo com o Universo em expansão estará a um número ainda maior de anos-luz de distância, hoje, do que o número de anos (multiplicado pela velocidade da luz) que a luz emitida por ela levou para chegar até nós. ( Crédito : Rob Knop)
Isso aparece como um desvio para o vermelho cósmico. Como a luz é emitida com uma energia específica e, portanto, com um comprimento de onda específico, esperamos que ela chegue ao destino com um comprimento de onda específico também. Se o tecido do Universo não estivesse se expandindo nem se contraindo, mas sim constante, esse comprimento de onda seria o mesmo. Mas se o Universo está se expandindo, o tecido desse espaço está se esticando como mostrado no vídeo acima e, portanto, o comprimento de onda dessa luz se torna mais longo. Os grandes desvios para o vermelho que observamos nas galáxias mais distantes confirmaram absolutamente essa imagem.
Galáxias distantes, como as encontradas no aglomerado de galáxias de Hércules, não são apenas desviadas para o vermelho e se afastando de nós, mas sua aparente velocidade de recessão está se acelerando. Eventualmente, deixaremos de receber luz além de um certo ponto deles. ( Crédito : ESO/INAF-VST/OmegaCAM. Reconhecimento: OmegaCen/Astro-WISE/Kapteyn Institute)
Mas podemos fazer muito mais do que determinar que o Universo se expandiu e continua a se expandir. Podemos usar todas as informações que coletamos para concluir como o Universo se expandiu ao longo de sua história, o que, por sua vez, nos diz do que o Universo é composto.
Uma vez que a luz deixa uma fonte cósmica distante, o Universo em expansão estica o comprimento de onda dessa luz. Isso leva a um desvio para o vermelho, onde os objetos mais distantes terão seu desvio para o vermelho da luz por mais tempo, quando diferentes componentes do Universo (como energia escura, matéria ou radiação/neutrinos) eram mais importantes.
Dois dos métodos mais bem-sucedidos para medir grandes distâncias cósmicas são baseados em seu brilho aparente (L) ou em seu tamanho angular aparente (R), ambos diretamente observáveis. Se pudermos entender as propriedades físicas intrínsecas desses objetos, podemos usá-los como velas padrão (L) ou réguas padrão (R) para determinar como o Universo se expandiu e, portanto, do que é feito ao longo de sua história cósmica. ( Crédito : NASA/JPL-Caltech)
Ao medir fontes a uma grande quantidade de distâncias, descobrindo seu desvio para o vermelho e, em seguida, medindo seu tamanho intrínseco versus aparente ou seu brilho intrínseco versus aparente, podemos reconstruir toda a história de expansão do Universo.
Além disso, como a forma como o Universo se expande é determinada pelos vários tipos de matéria e energia presentes nele, podemos aprender do que é feito o nosso Universo:
- 68% de energia escura, equivalente a uma constante cosmológica,
- 27% de matéria escura,
- 4,9% de matéria normal (prótons, nêutrons e elétrons),
- 0,1% de neutrinos e antineutrinos,
- cerca de 0,008% de fótons, e
- absolutamente nada mais, incluindo nenhuma curvatura, sem cordas cósmicas, sem paredes de domínio, sem texturas cósmicas, etc.
A importância relativa de diferentes componentes de energia no Universo em vários momentos no passado. Observe que quando a energia escura atingir um número próximo de 100% no futuro, a densidade de energia do Universo (e, portanto, a taxa de expansão) permanecerá constante arbitrariamente muito à frente no tempo. Devido à energia escura, galáxias distantes já estão acelerando em sua aparente velocidade de recessão de nós. (Crédito: E. Siegel)
Uma vez que conhecemos os componentes do Universo com esse grau de precisão, podemos simplesmente aplicar isso às leis da gravidade (dadas pela Relatividade Geral de Einstein) e determinar o destino futuro do nosso Universo. O que descobrimos, quando aplicamos isso pela primeira vez à descoberta de um Universo dominado pela energia escura, foi chocante.
Em primeiro lugar, isso significava que todas as galáxias que ainda não estavam gravitacionalmente ligadas a nós acabariam desaparecendo de vista. Eles se afastariam de nós a uma taxa cada vez maior à medida que o Universo continuasse a se expandir e expandir e expandir, sem controle da gravitação ou de qualquer outra força. Com o passar do tempo, uma galáxia ficaria mais distante, o que significa que havia uma quantidade crescente de espaço entre essa galáxia e nós. A galáxia parece se afastar em velocidades cada vez maiores, devido à expansão do espaço.
A pesquisa GOODS-North, mostrada aqui, contém algumas das galáxias mais distantes já observadas, algumas das quais tiveram suas distâncias confirmadas independentemente. Muitas das galáxias fotografadas nesta imagem já são inalcançáveis por nós, mesmo que partíssemos hoje à velocidade da luz. ( Crédito : NASA, ESA e Z. Levay)
Mas isso leva a uma conclusão inevitável que é ainda mais perturbadora. Isso significa que, a uma distância chave particular de nós, devido à expansão do tecido do próprio espaço, um fóton que sai de nossa galáxia em direção a uma distante ou se aproxima da nossa de uma galáxia distante nunca nos alcançará. A taxa de expansão do Universo é tão grande que galáxias distantes se tornam inalcançáveis para nós, mesmo que nos movamos à velocidade da luz!
Atualmente, essa distância está a apenas cerca de 18 bilhões de anos-luz de distância, pois a densidade da matéria e da radiação ainda está caindo, assim como a taxa de expansão geral (quando medida em km/s/Mpc).
Se você considerar que nosso Universo observável tem cerca de 46 bilhões de anos-luz de raio e que todas as regiões do espaço contêm (em média e nas maiores escalas) o mesmo número de galáxias umas das outras, isso significa que apenas cerca de 6% do número total de galáxias em nosso Universo são atualmente alcançáveis por nós, mesmo que partíssemos hoje, e viajássemos na velocidade da luz.
O tamanho do nosso Universo visível (amarelo), juntamente com a quantidade que podemos alcançar (magenta). O limite do Universo visível é de 46,1 bilhões de anos-luz, pois esse é o limite de quão longe um objeto que emite luz que chegaria até nós hoje estaria depois de se expandir para longe de nós por 13,8 bilhões de anos. No entanto, além de cerca de 18 bilhões de anos-luz, nunca podemos acessar uma galáxia, mesmo que viajemos em direção a ela na velocidade da luz. ( Crédito : Andrew Z. Colvin e Frederic Michel, Wikimedia Commons; Anotações: E. Siegel)
Isso também significa que, em média, entre vinte e sessenta mil estrelas passam a cada segundo de alcançáveis para inalcançáveis. A luz que eles emitiram um segundo atrás, algum dia nos alcançará, mas a luz que eles emitem neste exato segundo nunca chegará.
É um pensamento perturbador e preocupante, mas também há uma maneira mais otimista de vê-lo: este é o Universo nos lembrando o quão precioso é cada segundo. É o Universo nos dizendo que, se quisermos viajar além de nosso próprio Grupo Local - além do conjunto gravitacional de objetos formados por Andrômeda, Via Láctea e cerca de 60 pequenas galáxias satélites - que cada momento que atrasamos é mais uma oportunidade sendo perdido.
Os diferentes destinos possíveis do Universo, com nosso destino real e acelerado mostrado à direita. Depois de um tempo suficiente, a aceleração deixará todas as estruturas galácticas ou supergalácticas ligadas completamente isoladas no Universo, à medida que todas as outras estruturas aceleram irrevogavelmente. Depois de mais algumas dezenas de bilhões de anos, apenas o Grupo Local estará mais acessível. Só podemos olhar para o passado para inferir a presença e as propriedades da energia escura, que requerem pelo menos uma constante, mas suas implicações são maiores para o futuro. ( Crédito : NASA e ESA)
Dos estimados dois trilhões de galáxias em nosso Universo hoje, apenas cerca de 6% delas ainda são alcançáveis do ponto de vista da Via Láctea, e esse número está ficando cada vez menor. Isso também significa que 94% das galáxias em nosso Universo observável já estão fora do alcance da humanidade, devido à expansão acelerada do Universo causada pela energia escura. Cada galáxia além do nosso Grupo Local, com o passar do tempo, está destinada ao mesmo destino.
A menos que desenvolvamos a capacidade de viagens intergalácticas e partimos para outros grupos e aglomerados de galáxias, a humanidade ficará para sempre presa em nosso Grupo Local. Com o passar do tempo, nossa capacidade de enviar ou receber sinais para o que está além do grande oceano cósmico desaparecerá de vista. A expansão acelerada do Universo é implacável e a gravidade que temos não é forte o suficiente para superá-la. O Universo está desaparecendo e somos absolutamente impotentes para detê-lo.
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