O universo está se expandindo?

Einstein, Hubble e outros cosmólogos demonstraram que nosso universo está se expandindo, com a maioria das galáxias se afastando umas das outras.

 (Crédito: Quality Stock Arts/Shutterstock) 

A percepção de que nosso universo está se expandindo é uma das descobertas mais transformadoras da cosmologia. Embora uma vez calorosamente debatida, essa realidade observacional agora forma a base para nossas concepções modernas do cosmos.

A primeira evidência de um universo em expansão veio através da descoberta de Albert Einstein da teoria geral da relatividade em 1917. Desde então, outros cientistas reuniram mais evidências e expandiram suas ideias em modelos mais tangíveis.

O Universo em Expansão de Einstein

A teoria da relatividade de Einstein ofereceu uma atualização séria para a nossa compreensão do espaço, tempo, movimento e gravidade. E assim que ele desenvolveu sua teoria, ele a aplicou a todo o universo.

Para sua surpresa, ele naturalmente previu um universo dinâmico e em evolução, que estava se expandindo ou se contraindo.

Mas essa ideia ia contra o melhor pensamento da época, que enfatizava que nosso universo era perfeitamente estático por toda a eternidade. Em resposta, Einstein modificou suas equações para mantê-lo estático e continuou com sua vida.

Como sabemos que o universo está se expandindo?

Alguns anos depois que Einstein fez essa mudança, o astrônomo Edwin Hubble fez uma descoberta notável, que levou à primeira grande evidência de que vivemos em um universo em expansão.

Galáxias Vermelhas Mutantes

O Hubble descobriu que a luz da maioria das galáxias distantes era, em média, deslocada para comprimentos de onda mais longos, dando a essas galáxias uma tonalidade avermelhada. Ao coletar dados de muitas galáxias, esse padrão ficou claro.

Ele também descobriu que a quantidade de desvio para o vermelho era proporcional à distância para a galáxia da nossa própria Via Láctea. Galáxias duas vezes mais distantes tinham o dobro do desvio para o vermelho, enquanto galáxias 10 vezes mais distantes tinham 10 vezes o desvio para o vermelho, e assim por diante.

Efeito Doppler

Uma possibilidade para esse desvio para o vermelho é que as galáxias estão se movendo fisicamente, e que algo como o efeito Doppler (a mudança de tom que acontece com os sons em movimento) poderia explicar os resultados. 

Mas isso levaria a uma conspiração cosmológica maciça e muito incomum. Também não mostrou adequadamente por que as galáxias duas vezes mais distantes se movem a duas vezes a velocidade. Um simples efeito Doppler não pode explicar todos os dados.

Voltar à Hipótese de Einstein

Alternativamente, a pesquisa considerou se a luz de galáxias distantes se espalha ou perde energia (e muda de tonalidade) à medida que viaja através de profundidades intergalácticas.

Hipótese da Luz Cansada

Alguns se referiram a isso como a hipótese da "luz cansada", que caiu em desuso sob escrutínio. Essencialmente, se existisse, deveríamos ser capazes de medir esse efeito dentro das galáxias, e esse não tem sido o caso.

Isso nos leva de volta ao insight original de Einstein.

Universo em Expansão

Em um universo em expansão, o espaço entre as galáxias cresce continuamente, e essa expansão faz com que a luz se estenda para comprimentos de onda mais longos. Quanto mais espaço houver entre nós e uma galáxia distante, mais estiramento pode acontecer à medida que a luz viaja e maior o desvio para o vermelho.

As galáxias estão se afastando de nós?

Em um universo em expansão, cada galáxia se afasta de todas as outras galáxias (em média, é claro, pois ainda pode haver colisões em pequena escala entre galáxias próximas).

Assim, aqueles de nós na Terra não ocupam uma posição privilegiada ou especial.

Do nosso ponto de vista, cada galáxia parece estar se afastando de nós. E, em teoria, a perspectiva de cada outra galáxia é semelhante: todas as outras estão se afastando, à medida que todo o universo está ficando maior.

Mais respostas na micro-ondas cósmica

Temos outras maneiras de testar indiretamente a expansão do universo. Uma delas é perguntar como era o universo no passado, quando era menor, depois sair com observações e ver se nossa hipótese está correta.

Fundo cósmico de micro-ondas

O exemplo mais importante dessa linha de pensamento é a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, ou CMB. Na década de 1950, os cosmólogos perceberam que, em algum momento bilhões de anos atrás, nosso universo seria tão pequeno, quente e denso que toda a matéria nele estaria no estado de um plasma.

Uma vez que se expandisse e esfriasse, a radiação desse plasma ainda estaria pairando por aí hoje, mas mudou tanto para o vermelho que só seria visível para telescópios de micro-ondas.

Em 1964, quando cosmólogos teóricos estavam começando a montar um experimento para testar isso, dois engenheiros de rádio do Bell Labs descobriram acidentalmente esse fundo de micro-ondas enquanto calibravam uma nova antena. Em talvez o maior caso de ironia cosmológica, os dois engenheiros receberam o Prêmio Nobel por sua descoberta acidental, enquanto os teóricos que previram a existência da CMB não ganharam nenhum prêmio.

Fonte: discovermagazine.com