O universo é um espaço enorme cheio de nebulosas, aglomerados de estrelas, estrelas individuais, planetas com seus satélites, vários cometas, asteróides e, em última análise, um vácuo, bem como matéria escura. É tão grande que a completude da resposta à questão de quão grande é, infelizmente, é limitada pelo nosso nível atual de desenvolvimento de tecnologia. No entanto, entender o tamanho do universo envolve entender vários fatores-chave. Um desses fatores, por exemplo, é a compreensão de como o cosmos se comporta, bem como a compreensão de que o que vemos é apenas o chamado "universo observável". Não podemos descobrir as verdadeiras dimensões do Universo, porque as nossas capacidades não nos permitem ver o seu "limite".
Tudo fora do Universo visível ainda é um mistério para nós e é assunto de debates e debates intermináveis entre astrofísicos de todos os matizes. Hoje tentaremos explicar em palavras simples a que a ciência chegou no momento presente em termos de compreensão das dimensões do Universo, e tentaremos responder a uma das questões mais ardentes e complexas sobre sua natureza. Mas primeiro, vamos dar uma olhada nos princípios básicos de como os cientistas determinam a distância no espaço.
Brilho
O método mais simples para determinar a distância no espaço é usando luz. No entanto, se levarmos em conta a maneira como a luz viaja no espaço, então deve ser entendido que os objetos que vemos da Terra no espaço não serão necessariamente os mesmos. Na verdade, para que a luz de objetos distantes chegue ao nosso planeta, pode levar dezenas, centenas, milhares ou mesmo dezenas de milhares de anos.
A velocidade da luz é de 300.000 quilômetros por segundo, mas para o espaço, para um espaço tão gigantesco, o conceito de segundo não é um valor ideal para medir. Em astronomia, costuma-se usar o termo ano-luz para determinar a distância. Um ano-luz é aproximadamente equivalente a uma distância de 9.460.730.472.580.800 metros e nos dá não apenas uma ideia da distância, mas também pode dizer quanto tempo levará para a luz de um objeto nos atingir.
O exemplo mais simples de diferenças de tempo e distância é a luz do sol. A distância média de nós ao Sol é de cerca de 150 milhões de quilômetros. Digamos que você tenha o telescópio e proteção para os olhos certos para observar o sol. O resultado final é que tudo o que você verá através de um telescópio realmente aconteceu com o Sol há 8 minutos (esta é a quantidade de luz necessária para chegar à Terra). Luz de Proxima Centauri? Chegará até nós em apenas quatro anos. Ou veja pelo menos uma estrela tão grande como Betelgeuse, que está prestes a se tornar uma supernova em breve. Mesmo que esse evento acontecesse agora, não saberíamos sobre ele até meados do século 27!
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A luz e suas propriedades têm desempenhado um papel fundamental em nossa compreensão de quão grande é o universo. No momento, nossas capacidades nos permitem examinar cerca de 46 bilhões de anos-luz do universo observável. Quão? Tudo graças à escala de distâncias usada por físicos e astrônomos em astronomia.
Escala de distância
Os telescópios são apenas uma das ferramentas para medir distâncias cósmicas e nem sempre são capazes de dar conta dessa tarefa: quanto mais longe um objeto está, a distância que queremos medir, mais difícil é fazê-lo. Radiotelescópios são ótimos para medir distâncias e fazer observações apenas dentro de nosso sistema solar. Eles são realmente capazes de fornecer dados muito precisos. Mas basta dirigir o olhar para fora do sistema solar, pois sua eficácia é drasticamente reduzida. Em vista de todos esses problemas, os astrônomos decidiram recorrer a outro método de medição de distância - paralaxe.
O que é paralaxe? Vamos explicar com um exemplo simples. Primeiro feche um olho e olhe para algum objeto, depois feche o outro olho e olhe novamente para o mesmo objeto. Notou uma ligeira "mudança de posição" do objeto? Essa "mudança" é chamada de paralaxe, uma técnica usada para determinar a distância no espaço. O método funciona muito bem quando se trata de estrelas que estão relativamente perto de nós - aproximadamente em um raio de 100 anos-luz. Mas quando esse método também se torna ineficaz, os cientistas recorrem a outros.
O próximo método para determinar a distância é chamado de "método da sequência principal". É baseado em nosso conhecimento de como estrelas de um determinado tamanho mudam com o tempo. Os cientistas primeiro determinam o brilho e a cor de uma estrela e depois comparam os indicadores com estrelas próximas com características semelhantes, obtendo uma distância aproximada com base nesses dados. Novamente, este método é muito limitado e só funciona para estrelas que pertencem à nossa galáxia ou aquelas dentro de um raio de 100.000 anos-luz.
Os astrônomos contam com o método de medição Cefeida para olhar mais longe. É baseado na descoberta da astrônoma americana Henrietta Swan Leavitt, que descobriu a relação entre o período de mudança de brilho e a luminosidade de uma estrela. Graças a esses métodos, muitos astrônomos foram capazes de calcular as distâncias às estrelas não apenas dentro de nossa galáxia, mas também fora dela. Em alguns casos, estamos falando de distâncias de 10 milhões de anos-luz.
E ainda não chegamos perto da questão do tamanho do universo. Portanto, recorremos à ferramenta de medição definitiva com base no princípio do redshift (ou redshift). A essência do redshift é semelhante ao princípio do efeito Doppler. Pense em uma travessia de ferrovia. Já percebeu como o som do apito de um trem muda com a distância, ficando mais forte conforme você se aproxima e mais silencioso conforme você se afasta?
A luz funciona da mesma maneira. Olhe para o espectrograma acima, vê as linhas pretas? Eles indicam os limites de absorção de cor por elementos químicos dentro e ao redor da fonte de luz. Quanto mais as linhas são deslocadas para a parte vermelha do espectro, mais longe o objeto está de nós. Os cientistas também usam esses espectrogramas para determinar a velocidade com que um objeto está se afastando de nós.
Assim, respondemos sem problemas. A maior parte da luz desviada para o vermelho vem de galáxias com cerca de 13,8 bilhões de anos.
Idade não é o principal
Se, depois de ler, você chegou à conclusão de que o raio do universo que observamos é de apenas 13,8 bilhões de anos-luz, então você deixou de fora um detalhe importante. O fato é que durante esses 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, o universo continuou a se expandir. Em outras palavras, isso significa que o tamanho real do nosso Universo é muito maior do que o indicado em nossas medições originais.
Portanto, para saber o tamanho real do Universo, é necessário levar em consideração outro indicador, a saber, a rapidez com que o Universo se expandiu desde o Big Bang. Os físicos dizem que finalmente conseguiram derivar os números necessários e estão confiantes de que o raio do universo visível no momento é de cerca de 46,5 bilhões de anos-luz.
É verdade que também é importante notar que esses cálculos baseiam-se apenas no que nós mesmos podemos ver. Mais precisamente, eles são capazes de distinguir nas profundezas do espaço. Esses cálculos não respondem à questão do verdadeiro tamanho do universo. Além disso, os cientistas se perguntam sobre alguma discrepância, segundo a qual as galáxias mais distantes em nosso universo são muito bem formadas para serem consideradas que apareceram imediatamente após o Big Bang. Demorou muito mais para este nível de desenvolvimento.
Talvez simplesmente não vejamos tudo?
O fato inexplicável mencionado acima abre toda uma série de novos problemas. Alguns cientistas tentaram calcular quanto tempo levaria para que essas galáxias totalmente formadas se desenvolvessem. Por exemplo, os cientistas de Oxford concluíram que o tamanho de todo o universo poderia ser 250 vezes o tamanho do universo observado.
De fato, somos capazes de medir distâncias a objetos dentro do universo observável, mas o que está além dessa fronteira, não sabemos. Claro, ninguém diz que os cientistas não estão tentando descobrir isso, mas, como mencionado acima, nossas capacidades são limitadas por nosso nível de progresso tecnológico. Além disso, também não se deve descartar imediatamente a suposição de que os cientistas podem nunca saber o tamanho real de todo o universo, dados todos os fatores que estão no caminho para resolver esse problema.
NIKOLAY KHIZHNYAK
