Quão grande é o universo?

O universo observável parece ser finitamente grande e foi medido, mas ninguém pode dizer com certeza se o nosso universo (na totalidade) é infinito, ou mesmo se o nosso é o único a existir.

“Duas coisas são infinitas: o universo e a estupidez humana; e eu não tenho certeza sobre o universo. ”                                                                     –  Albert Einstein.Deitada do lado de fora em uma noite de luar, relaxando em paz, você já considerou que a luz que incide sobre seus olhos pode ter começado sua jornada bilhões de anos atrás de uma galáxia tão distante que talvez nem exista mais?

Bom, é verdade!

Durante séculos, os humanos têm tentado avaliar a escala do universo em que vivemos, mas para nossa grande decepção, esses esforços têm sido em vão. No entanto, como em todos os domínios, a tecnologia evoluiu muito neste setor da ciência, e os pesquisadores agora afirmam que nunca estivemos mais perto de avaliar o tamanho exato do universo. Vamos olhar mais de perto…

Qual é a forma do universo?

A teoria da relatividade de Einstein nos ensinou um conceito muito importante e fundamental – a massa faz com que o espaço entre em curva, de modo que é a massa (densidade) do universo que governa seu tamanho. Os cientistas freqüentemente descrevem a forma do universo em termos do parâmetro de densidade ( Ω),  definido como a razão entre a densidade real do universo e sua densidade crítica, que é necessária para interromper sua atual taxa de expansão (mais na expansão do universo em breve) .

Existem basicamente três formas a serem consideradas aqui: plana ( Ω = 1), curva fechada ou positiva (Ω> 1)  e curva aberta ou negativa (Ω <1). 

Densidade Parâmetros de diferentes formas

Parâmetros de densidade de diferentes formas (Crédito da foto: Domínio Público / Wikimedia Commons)

Se o espaço tem curvatura negativa, sua massa é insuficiente para interromper sua expansão. Como tal, o universo está sem limites e se expandirá para sempre. Por outro lado, se o espaço tiver curvatura positiva, por definição, significa que há massa mais do que suficiente para interromper a expansão. O universo, neste caso, não é infinito, mas não tem fim (assim como a área na superfície de uma esfera não é infinita, mas não há ponto na esfera que possa ser chamado de seu “fim”).

Por último, se o espaço é plano, existe massa suficiente para interromper a expansão, mas apenas após um período infinito de tempo. Isso significa que o universo não tem limites e se expandirá até que sua taxa de expansão caia para zero após um período infinito de tempo. Muitos cientistas acreditam – ou pelo menos costumavam acreditar – que a forma do nosso universo é plana. Entretanto, determinar o parâmetro de densidade continua sendo um dos principais problemas não resolvidos da cosmologia moderna.

Então, quão grande é o universo?

Os cientistas foram um pouco mais bem sucedidos em medir o tamanho do espaço, em comparação com a determinação de sua forma. Os primeiros pesquisadores estimaram o tamanho do universo observando galáxias como a Via Láctea e Andrômeda usando poderosos telescópios. No entanto, suas previsões eram notavelmente vagas e não podiam decidir sobre um único número ou metodologia.

Pesquisadores modernos têm usado a luz liberada de galáxias distantes para medir a idade e o tamanho do nosso universo. Em 2013, a Agência Espacial Européia divulgou o mapa mais detalhado da luz mais antiga do Universo, que estava com cerca de 13,8 bilhões de anos. Este número foi alcançado estudando o fundo cósmico de microondas (CMB).

Mapa da luz mais antiga para chegar à terra (Crédito da foto: Youtube.com)

O universo está cheio de radiação de microondas que foi liberada durante o Big Bang e os vários eventos celestiais que o seguiram. Essa radiação sempre existiu silenciosamente no cenário de nosso universo até que a pesquisa moderna encontrou maneiras de detectá-la.

Quais técnicas são usadas para medir tamanhos no Universo?

Escada de Distância Cósmica

Os passos para medir as dimensões do nosso universo são diferentes para diferentes objetos e caem sob a bandeira da  escada da distância Cósmica. Para medir a distância da lua ou dos planetas em nosso sistema solar, ondas de rádio são enviadas para esses corpos celestes, que saltam de sua superfície e retornam; o tempo gasto por eles para retornar à Terra é registrado. Esta técnica é bastante semelhante ao SONAR e é altamente eficaz.

Medição de paralaxe

No entanto, esta técnica não pode ser usada além do nosso sistema solar, então usamos algo chamado medição de paralaxe para objetos mais distantes. Se você segurar um objeto em frente ao seu corpo, como a sua mão, e olhar para ele com um olho aberto, mas depois mudar para usar apenas o outro olho, verá que sua mão parece se deslocar ligeiramente para os lados. Isso é chamado de paralaxe. A diferença entre as duas observações pode ser usada para calcular a distância do objeto em questão. Enormes telescópios flutuantes no espaço podem essencialmente replicar a tarefa executada pelos olhos humanos.

COBE e WMAP

Finalmente, para medir a Radiação Cósmica de Fundo (CMB), radioscópios terrestres e espaciais como o Cosmic Background Explorer da NASA e a sonda Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) são usados. O CMB tende a existir em todos os lugares e muitas vezes polariza os átomos dos gases na atmosfera (algumas moléculas são polarizadas mais que outras). As partículas, por sua vez, liberam ondas de diferentes freqüências que podem ser detectadas por sensores extremamente sensíveis nas máquinas mencionadas anteriormente. A freqüência dessas ondas dá uma idéia da natureza da radiação cósmica.

Diagrama da nave espacial WMAP

Diagrama da nave espacial WMAP (Crédito da foto: NASA / Wikimedia Commons)

O universo está se expandindo?

O universo está se expandindo a uma taxa constante conhecida como a constante de Hubble. Este número, enquanto uma “constante” para intervalos curtos, variou significativamente ao longo do tempo e seu valor está realmente acelerando. A expansão que está ocorrendo é de natureza intrínseca, implicando que a distância entre duas partes do universo continuou a aumentar com o tempo. Grandes equipes internacionais usaram técnicas diferentes para medir a constante de Hubble, uma das quais envolve observar a distância das galáxias longe da nossa e medir a velocidade com que elas estão se afastando de nós.

Uma palavra final

Os instrumentos e técnicas atualmente empregados para medir o tamanho do Universo indicam que ainda há muito a ser explorado. Pode haver partes do universo tão distantes que o tempo de vida da Terra não será tempo suficiente para que sua luz nos alcance.

Assim, para simplificar, é o tempo e não o espaço que limita nossa visão do universo. Ninguém pode dizer com certeza se o nosso universo é infinito ou mesmo se o nosso é o único a existir. No entanto, é possível que as pistas para encontrar essas respostas estejam à vista, apenas esperando para serem descobertas!

Referências:

  1. Nasa
  2. Biblioteca do Congresso
  3. Universidade de Harvard

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