Na semana passada [NT: eu me atrasei com a tradução – este post é de 5 de agosto], começamos a falar sobre como entender o tamanho do Universo e continuamos nesta com algumas informações sobre distâncias e movimento no Universo. Isto nos traz a meu caso particular favorito que nos leva à expansão de Hubble.

Desvio para o vermelho (redshift). Como se pode ver, sempre que um átomo ou uma molécula emite luz, o faz em uns poucos comprimentos de onda específicos. Por exemplo, se for hidrogênio, teremos sempre luz nos comprimentos de 656 nanômetros (vermelho), 486 nm (ciano), 434 nm (indigo), 410 nm
(violeta) e 397 nm (na fronteira entre o violeta/ultravioleta):

Agora, existem três coisas — e somente três (a menos que você queira entrar em detalhes realmente técnicos) — que podem acontecer que mudam os comprimentos dessa luz. Senão vejamos:

1. Desvio para o vermelho gravitacional.  Se estivermos nas profundezas de um campo gravitacional (tal como próximo de um buraco negro), temos que usar energia para sair dele. Para luz de todos os tipos, a energia e o comprimento de onda são intimamente relacionados. Menor comprimento de onda = maior energia e maior comprimento de onda = menor energia. De forma que, se precisar escapar de um campo gravitacional forte, a luz perde energia e, assim, seu comprimento de onda é desviado para o vermelho. Isso é o que chamamos de desvio para o vermelho, quando acontece algo que torna o comprimento de onda mais longo e com menor energia. Mas o desvio para o vermelho gravitacional raramente é significativo: dois outros efeitos são muito mais importantes.

2. Desvio para o vermelho causado pelo movimento. Se um objeto que emite luz, se move para longe de você, a luz fica desviada para o vermelho. É exatamente o mesmo efeito – o Efeito Doppler – que faz com que a sirene de uma ambulância fique mais grave quando ela se afasta de você. Quer saber? Se um objeto que emite luz, se mover em sua direção, a luz sofre um desvio para o azul e fica mais energética! (É o que vemos com relação à luz vinda da galáxia de Andrômeda, uma das pouquíssimas no Universo que se move em nossa direção). E, embora esse dado seja extremamente útil, não é o que acontece em geral com a luz no Universo. Lembre-se: eu disse que essas galáxias distantes não estão se movendo – o espaço entre elas está simplesmente se expandindo. Então, adivinhe só!… 

3. O Espaço em expansão causa um desvio para o vermelho! (E obrigado a av8n.com pela imagem!) Como você pode ver, na medida em que o espaço se expande (acima), os comprimentos de onda da luz nele também se expandem, como se pode ver abaixo.

E este último efeito é que é importante para o Universo em expansão. Por que? Bem, se medirmos a luz de vários objetos distante e calcularmos suas distâncias, podemos – apenas com base no desvio para o vermelho dos objetos – aprender toda a história de como o Universo se expandiu. E o desvio para o vermelho também é fácil de medir.

É a partir de literalmente milhões e milhões dessas medições individuais que conseguimos estabelecer toda a história de como o Universo se expandiu. Entre outras coisas, foi assim que descobrimos a energia escura e o Universo em aceleração! Uma coisinha notável e, no entanto, nem um pouco intuitiva.  

Então, o que se deve tirar disso? Que, na medida em que a luz atravessa o espaço e esse espaço se expande, ele (o espaço) faz com que a própria luz se expanda, também. Assim é que aprendemos a história da expansão cósmica em nosso Universo. Repito: é a expansão que causa esse desvio para o vermelho, não o movimento. Espero que isso clareie esse negócio meio complicado apresentado até agora!