Velocidade de dobra: como as bordas externas do universo viajam mais rápido do que a velocidade da luz
A resposta pode nos dar uma indicação de para onde nosso universo está se dirigindo e como ele pode terminar.
Movendo-se em alta velocidade. Crédito: YouTube.Quando crianças, isso é introduzido em nós nas primeiras aulas de ciências como uma regra fundamental: nada pode viajar mais rápido do que a luz. Mas pelo menos 1 coisa é pensada, ou pelo menos parece ser - o material fundamental do universo em si. Os astrônomos acreditam que há galáxias se afastando da nossa a uma taxa mais rápido do que a velocidade da luz. Como resultado, provavelmente nunca os veremos.
13,78 bilhões de anos atrás, a solidariedade explodiu em um evento que chamamos de Big Bang. Este era um ponto no universo de densidade e calor infinitos. Após a explosão, o universo se expandiu a uma taxa de 10¹⁶ em uma fração de segundo, durante um período de inflação que ocorreu a uma velocidade maior do que a da luz. Depois disso, você pensaria que o universo se expandiria a uma taxa constante ou até mesmo desaceleraria. Se tivesse diminuído, seríamos capazes de ver até a borda, pois não haveria nenhum lugar que fosse muito longe para a luz viajar.
Em vez disso, a taxa de expansão universal tem se acelerado. E há lugares no universo que estão tão distantes que os fótons nunca chegarão lá. Como resultado, as bordas do nosso cosmos permanecem na sombra. O que está além é um mistério intrépido que talvez nunca possamos resolver.
A expansão ainda ocorre hoje, curiosamente, a uma taxa sempre crescente. Observe que não é apenas matéria, mas a própria estrutura do universo, já que a matéria de certa forma cavalga sobre ele. Além do mais, o galáxias mais distantes parecem estar se movendo mais rápido do que aqueles mais próximos de nós. Pode até haver alguns próximos que estão se movendo mais rápido do que a luz. Se houver, será difícil detectá-los.
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Linha do tempo da expansão do universo desde o Big Bang. Crédito: NASA / WMAP Science Team.
Galáxias e outras matérias são como sementes de gergelim descansando sobre um pedaço de massa, com a massa representando o tecido do universo. Quando colocamos a massa no forno, ela se expande e as sementes na borda externa parecem se expandir mais rápido do que as próximas ao meio. O mesmo pode ser verdade para o universo.
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A taxa de expansão universal é de 68 quilômetros por segundo por megaparsec. Um parsec tem 3,26 milhões de anos-luz, enquanto um megaparsec é um milhão de parsecs. Para cada parsec de distância que uma galáxia está da nossa, você adiciona 68 km / s à sua velocidade.
Quando chegamos a cerca de 4.200 megaparsecs de distância, as galáxias viajam mais rápido que a luz. Só para confundir sua mente, considere que 4.200 megaparsecs = 130.000.000.000.000.000.000.000 km. Os astrônomos podem calcular a distância de uma galáxia pela distância que ela se foi e o tempo que leva para viajar essa distância, tudo observando cuidadosamente a luz que vem dela.
Podemos dizer a que distância uma galáxia está por meio de algo chamado desvio para o vermelho e desvio para o azul. Conforme uma galáxia se afasta, sua luz leva mais tempo para chegar até nós. Todo esse espaço entre a galáxia e nós força o comprimento de onda da luz a se alongar, movendo-a em direção à parte vermelha do espectro. Isso é conhecido como desvio para o vermelho. Os objetos que se afastam de nós parecem vermelhos, enquanto os que se movem em nossa direção, cujos comprimentos de onda encurtam, parecem azuis.
Vista panorâmica de todo o céu infravermelho próximo. Esta imagem mostra como as galáxias além estão localizadas. A imagem foi obtida pelo 2MASS Extended Source Catalog (XSC). Ele contém mais de 1,5 milhão de galáxias e meio bilhão de estrelas. As galáxias são codificadas por redshift, indicado pelos números entre parênteses). Crédito: Thomas Jarrett, IPAC / Caltech.
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A coisa mais distante que podemos detectar é a radiação cósmica de fundo (CMB). Este é o resíduo de luz que sobrou do Big Bang. Criado 13,7 bilhões de anos atrás, agora se estende homogeneamente 46 bilhões de anos-luz em todas as direções.
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De acordo com Paul Sutter, astrofísico da Ohio State University e cientista-chefe do COSI Science Center, a noção de que a velocidade da luz é a velocidade máxima para a matéria (ou informação) vem da relatividade especial de Einstein. Mas isso é parte do que ele chama de 'física local'. Pode e deve ser aplicado a coisas próximas.
Longe, nos confins mais profundos do espaço, entretanto, a relatividade geral se aplica, mas a relatividade especial não pode e, com ela, a velocidade da luz como a velocidade máxima se torna menos certa. Então, quais são as implicações de um universo cada vez mais acelerado? Nada menos que uma morte por calor cósmico. Ao longo de bilhões de anos, acredita-se que as galáxias se expandam tão distantes umas das outras que os gases que se congregam para formar estrelas não serão capazes de se reunir. Eles serão espalhados muito finos.
A luz de outras galáxias também não será capaz de nos alcançar. E sem a formação de novas estrelas, não haverá nenhuma para substituir as que se apagaram. Isso significa um lento desvanecimento de toda a luz do universo e, em seu lugar, um cosmos para sempre envolto em escuridão congelada. Isso é claro, a menos que outras forças possam neutralizar esse fenômeno.
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