Quão grande é o universo observável?

Por que o universo observável é tão grande? É por isso que o tamanho do universo não é limitado pela velocidade da luz.

Nosso universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos, e a bolha observável desse cosmos tem um diâmetro de cerca de 93 bilhões de anos-luz de diâmetro. E todos nós conhecemos a famosa máxima da teoria especial da relatividade de Albert Einstein: nada pode viajar mais rápido do que a luz. 

Esta imagem do Telescópio Espacial Hubble da NASA mostra a Grand Design Spiral, também conhecida como NGC 3631, localizada a cerca de 53 milhões de anos-luz de distância da Terra. (Crédito: NASA/ESA/A. Filippenko/D. Sand; Processamento de Imagem: G. Kober / NASA Goddard / Universidade Católica da América)

Tomados em conjunto, isso nos apresenta um enigma desconcertante sobre a natureza do próprio cosmos: como o universo pode ficar tão incrivelmente grande em um período tão curto de tempo?

O que significa "Mais rápido que a luz"?

Há duas maneiras de responder a essa pergunta. As duas maneiras são perfeitamente equivalentes matematicamente, mas uma ou outra pode fazer mais sentido para você.

Teoria da Relatividade Especial de Einstein

A primeira maneira é apontar que a teoria da relatividade especial de Einstein é uma teoria local da física. Ele lhe diz que, se um foguete decolar na frente do seu rosto, você nunca, nunca registrará sua velocidade como indo mais rápido que a luz.

O próprio conceito de "velocidade" é apenas algo que você pode medir perto de sua posição atual. A relatividade especial é absolutamente silenciosa sobre o comportamento dos objetos no lado oculto do universo – conceitos como o limite de velocidade da luz simplesmente não se aplicam a eles, porque estão muito longe e a relatividade especial não se aplica mais.

Teoria da Relatividade Geral de Einstein

Para lidar com objetos distantes, você tem que empregar uma teoria mais ampla e geral, como a teoria da relatividade geral de Einstein, que descreve como a gravidade influencia o tecido do espaço-tempo.

Em outras palavras, as galáxias mais distantes podem aparentemente ir mais rápido do que a velocidade da luz porque, essencialmente, o universo não precisa se preocupar com a velocidade da luz.

Um universo em expansão

E é na relatividade geral que temos nossa segunda maneira de resolver o enigma. De acordo com esse modelo, que é como atualmente entendemos o cosmos, vivemos em um universo em expansão. Todos os dias, nosso cosmos fica cada vez maior, com a distância média entre as galáxias sempre ficando maior.

Até aí, tudo bem, né? Mas essa expansão não é causada por galáxias que se movem no universo, mas sim pelo espaço entre as galáxias se expandindo. Se você fosse anexar um acelerômetro a cada galáxia, eles registrariam zero movimentos (exceto por pequenos movimentos locais aqui e ali).

Localmente, nenhuma galáxia está se movendo. Mas o espaço entre eles é. Portanto, não há restrições aqui com base na velocidade da luz, porque eles literalmente não estão se movendo. Não há limite para a rapidez com que o espaço pode se expandir (porque "expandir" não é um movimento no que diz respeito à relatividade) e, portanto, o universo pode crescer o mais rápido que quiser.

Quão grande é o universo observável?

Essencialmente, o universo é tão grande porque pode se expandir mais rápido do que a luz. Na verdade, está fazendo isso hoje. Medimos a taxa de expansão atual do universo com algo chamado constante de Hubble, que é de cerca de 68 quilômetros por segundo por megaparsec.

Isso significa que para cada megaparsec de distância que você ficar longe da Via Láctea, a velocidade de expansão do universo aumentará em 68 km / s. Uma galáxia a dois megaparsecs de distância parece recuar a 136 km/s, uma galáxia a dez megaparsecs de distância recuará a 680 km/s, e assim por diante.

A constante de Hubble garante que, uma vez que você atinja uma certa distância - cerca de 13 bilhões de anos-luz (uma distância conhecida como raio de Hubble) - as galáxias parecerão se afastar de nós mais rápido do que a luz.

O mesmo seria verdade se você e eu ficássemos em extremidades opostas de um elástico elástico. Enquanto o elástico não quebrasse, desde que o alongamento mantivesse uma velocidade constante, em algum momento pareceríamos estar nos afastando um do outro mais rápido do que a luz. (E, no entanto, mais uma vez para enfatizar esse ponto, se fôssemos desenhar um "X" aos nossos pés, não teríamos nos afastado desses pontos).

Galáxias Distantes

A luz de galáxias além do raio do Hubble foi liberada há bilhões de anos e só agora está chegando à Terra. Calculamos onde essas galáxias estão agora com base em nossa compreensão da cosmologia, e é assim que somos capazes de estimar o tamanho do universo. O fato de que eles pareciam se mover mais rápido do que a luz significa que qualquer luz que eles enviam agora nunca chegará até nós – porque essa luz não será capaz de superar a expansão do universo.

Como a maior parte do universo está além do raio do Hubble, todas essas galáxias estão para sempre fora de alcance. Com o passar do tempo, essas galáxias, uma a uma, desaparecerão inteiramente de vista. Não através de qualquer trapaça das leis da física, mas através de um simples (e inevitável) alongamento.

Fonte: discovermagazine.com