{"id":888,"date":"2019-06-13T14:10:18","date_gmt":"2019-06-13T17:10:18","guid":{"rendered":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/?p=888"},"modified":"2019-06-13T17:59:51","modified_gmt":"2019-06-13T20:59:51","slug":"a-expansao-do-universo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/2019\/06\/13\/a-expansao-do-universo\/","title":{"rendered":"A expans\u00e3o do universo: estamos em um lugar privilegiado?"},"content":{"rendered":"

\"\"A observa\u00e7\u00e3o da expans\u00e3o do universo \u00e9 um grande marco na hist\u00f3ria da Astronomia e um dos fatos mais relevantes para a elabora\u00e7\u00e3o de um modelo cosmol\u00f3gico que tente explicar a hist\u00f3ria do universo. Como \u00e9 poss\u00edvel saber que o universo est\u00e1 em expans\u00e3o a partir de observa\u00e7\u00f5es terrestres? Ser\u00e1 que estamos no centro dessa expans\u00e3o? J\u00e1 adianto que n\u00e3o somos o centro e na verdade ele nem ao menos existe! Continue com a gente e descubra o por qu\u00ea!<\/p>\n

Como medir uma dist\u00e2ncia astron\u00f4mica?<\/h2>\n

Voc\u00ea j\u00e1 se perguntou como os cientistas s\u00e3o capaz de medir a dist\u00e2ncia da Terra ao Sol? Certamente ningu\u00e9m colocou uma r\u00e9gua gigante entre os dois astros para fazer essa observa\u00e7\u00e3o, ent\u00e3o como ela foi feita?<\/p>\n

Existem tentativas de determinar a dist\u00e2ncia Terra-Sol desde a Gr\u00e9cia antiga, mas vou descrever uma das primeiras medi\u00e7\u00f5es consideravelmente precisas: a medi\u00e7\u00e3o de Cassini-Richer (sim, o mesmo da sonda Cassini!).<\/p>\n

No s\u00e9c. XVII, sab\u00edamos como medir a dist\u00e2ncia Planeta-Sol de forma relativa, usando m\u00e9todos geom\u00e9tricos de compara\u00e7\u00e3o (como por exemplo a “semelhan\u00e7a de tri\u00e2ngulos” que aprendemos na escola, o famoso “este est\u00e1 para este, assim como aquele est\u00e1 para aquele”). Como n\u00e3o t\u00ednhamos nenhum ponto de compara\u00e7\u00e3o, definimos a dist\u00e2ncia Terra-Sol como “uma unidade astron\u00f4mica” (1 u.a.), assim a dist\u00e2ncia do Sol a outros planetas podia ser medida em unidades astron\u00f4micas.<\/p>\n

Por\u00e9m ningu\u00e9m sabia com uma precis\u00e3o muito grande quanto valia essa “unidade astron\u00f4mica”. Isto mudou quando Cassini mediu a dist\u00e2ncia Terra-Marte, colocando uma escala no sistema solar e mostrando qu\u00e3o grande ele \u00e9. O engenhoso m\u00e9todo usado \u00e9 chamado de “m\u00e9todo da paralaxe”.<\/p>\n

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Usando o m\u00e9todo da paralaxe para medir o tamanho do meu bra\u00e7o. Note que dependendo da posi\u00e7\u00e3o do observador (no caso meu olho), a posi\u00e7\u00e3o aparente do meu dedo em rela\u00e7\u00e3o a objetos distantes muda.<\/figcaption><\/figure>\n

M\u00e9todo da paralaxe<\/h2>\n

Estique seu bra\u00e7o com o polegar levantado e olhe para a ponta dele com s\u00f3 um olho aberto, notando bem sua posi\u00e7\u00e3o em rela\u00e7\u00e3o a algo distante, como uma parede. Agora fa\u00e7a o mesmo trocando qual olho est\u00e1 aberto, n\u00e3o parece que o polegar mudou de posi\u00e7\u00e3o? Este efeito \u00e9 conhecido como paralaxe, sabendo a dist\u00e2ncia entre seus olhos, e o \u00e2ngulo de mudan\u00e7a da posi\u00e7\u00e3o aparente do seu dedo, \u00e9 poss\u00edvel calcular o tamanho do seu bra\u00e7o!<\/p>\n

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Olhando a posi\u00e7\u00e3o aparente de Marte a partir de dois lugares diferentes, \u00e9 poss\u00edvel inferir a dist\u00e2ncia!<\/figcaption><\/figure>\n
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Giovanni Domenico Cassini (1625-1712), astr\u00f4nomo italiano.<\/figcaption><\/figure>\n

Este mesmo procedimento pode ser feito para medir dist\u00e2ncias astron\u00f4micas! Em 1672, Cassini manda seu amigo Richer para a Guiana-Francesa, enquanto ele fica na Fran\u00e7a para fazerem observa\u00e7\u00f5es simult\u00e2neas de Marte. Usando a paralaxe, e sabendo a dist\u00e2ncia entre os pa\u00edses, foi poss\u00edvel fazer uma medida precisa da dist\u00e2ncia Terra-Marte. Analisando o tri\u00e2ngulo formado pelo Sol,Terra e Marte, \u00e9 poss\u00edvel relacionar a dist\u00e2ncias, assim esta observa\u00e7\u00e3o nos d\u00e1 tamb\u00e9m a dist\u00e2ncia Terra-Sol!<\/p>\n

O m\u00e9todo da paralaxe pode ser aplicado de maneiras muito engenhosas! Por exemplo, podemos fazer a medida da posi\u00e7\u00e3o aparente de uma estrela e repetir essa posi\u00e7\u00e3o seis meses depois, quando a Terra tenha completado metade de sua \u00f3rbita. Quando a mudan\u00e7a aparente na posi\u00e7\u00e3o da estrela \u00e9 de um arco de segundo (1″), dizemos que a dist\u00e2ncia \u00e9 de um parsec (1pc = 3,26 anos-luz = 3,1 x 10^16 metros). A estrela mais pr\u00f3xima do Sol \u00e9 Proxima Centauri que est\u00e1 a 1,3 pc.<\/p>\n

Este m\u00e9todo por\u00e9m come\u00e7a a falhar quando as dist\u00e2ncias come\u00e7am a ficar muito grandes (>100 pc), pois n\u00e3o conseguimos medir a mudan\u00e7a aparente de posi\u00e7\u00e3o. Mas ainda existe outro m\u00e9todo: as velas-padr\u00f5es!<\/p>\n

\u00a0M\u00e9todo das velas-padr\u00e3o<\/h2>\n

\"\"Imagine uma vela acesa em quarto escuro. Se voc\u00ea olhar para duas paredes com dist\u00e2ncias diferentes em rela\u00e7\u00e3o a vela, ver\u00e1 que o reflexo na parede muda, ficando cada vez mais fraco a medida que a dist\u00e2ncia aumenta. Por\u00e9m, se olharmos somente para a parede, n\u00e3o saberemos a dist\u00e2ncia parede-vela pois n\u00e3o sabemos o brilho da vela, poder\u00edamos ter uma imensa vela ou apenas uma pequena chama e isso alteraria nossa observa\u00e7\u00e3o.<\/p>\n

O m\u00e9todo das velas-padr\u00e3o consiste em medir a dist\u00e2ncia usando o brilho aparente de um astro e comparar com o brilho inicial. Astr\u00f4nomos chamam os astros que tem o brilho inicial muito bem entendido de vela-padr\u00e3o, um caso bastante famoso s\u00e3o as chamadas estrelas cefeidas.<\/p>\n

Estrelas cefeidas<\/a> possuem uma caracter\u00edstica muito especial, seu brilho pulsa de forma muito uniforme, isto \u00e9, a luz emitida varia de intensidade com um per\u00edodo bem definido. Al\u00e9m disso, o per\u00edodo deste pulso est\u00e1 relacionado com a luminosidade da estrela, isto foi descoberto por Henrietta Swan Leavitt (1868-1921), tornando as cefeidas velas-padr\u00e3o!<\/p>\n

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Henrietta Swan Leavitt (1868-1921), astr\u00f4noma estadunidense<\/figcaption><\/figure>\n

Leavitt foi uma das Computadoras de Harvard<\/a>, que tiveram papel fundamental no desenvolvimento da Astronomia. Ela foi indicada a receber o premio Nobel de 1924, por\u00e9m havia falecido 1921 e o premio n\u00e3o \u00e9 dado postumamente.<\/p>\n

Este m\u00e9todo consegue medir dist\u00e2ncias de at\u00e9 50 Mpc (50 milh\u00f4es de parsecs), permitindo inclusive medir a dist\u00e2ncia de estrelas fora da nossa gal\u00e1xia! Ele foi fundamental para a descoberta da expans\u00e3o do universo que discutiremos mais a frente, mas antes precisamos discutir outra coisa: Como medir a velocidade de uma estrela?<\/p>\n

Como medir a velocidade de uma estrela?<\/span><\/h2>\n

Medir a velocidade de uma estrela n\u00e3o \u00e9 uma tarefa simples, n\u00e3o podemos apenas fazer diversas medidas de dist\u00e2ncia e dividir pelo tempo, pois assim s\u00f3 ter\u00edamos a velocidade m\u00e9dia de um longu\u00edssimo per\u00edodo de tempo, o que teria pouco significado. Ent\u00e3o como?<\/p>\n

Imagine a seguinte situa\u00e7\u00e3o: uma ambul\u00e2ncia com a sirene ligada passa perto de voc\u00ea. Consegue imaginar o som? N\u00e3o parece que o som vai mudando conforme ela se aproxima de voc\u00ea, parecendo bastante agudo e quando ela come\u00e7a a se afastar o som se torna mais grave? Por\u00e9m, se ouv\u00edssemos o som da sirene com a ambul\u00e2ncia parada, sabemos que ele \u00e9 constante. O que est\u00e1 acontecendo?<\/p>\n

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A mudan\u00e7a aparente na frequ\u00eancia do som tem o nome de “efeito Doppler”, este acontece pois a fonte das ondas est\u00e1 se movendo como rela\u00e7\u00e3o ao observador, assim ele recebe mais ou menos frentes de onda dependendo se h\u00e1 uma aproxima\u00e7\u00e3o ou um afastamento.<\/p>\n

O efeito Doppler n\u00e3o ocorre apenas com ondas de som; A luz por exemplo \u00e9 uma onda e por tanto sobre efeito Doppler, assim quando uma estrela se move com rela\u00e7\u00e3o a Terra, as cores das luzes que ela emitiu s\u00e3o vistas de forma diferente. Dependendo da composi\u00e7\u00e3o qu\u00edmica da estrela (veja mais sobre aqui<\/a>!), esperamos receber luz em determinadas frequ\u00eancias. Se virmos cores diferentes podemos descobrir qual a velocidade da fonte com rela\u00e7\u00e3o a n\u00f3s, isto \u00e9, a velocidade radial da estrela!<\/p>\n

A lei de Hubble-Lemaitre<\/h2>\n

Usando os m\u00e9todos descritos, Hubble consegue encontrar um padr\u00e3o: quanto mais distante est\u00e1 uma estrela do sistema solar, mais r\u00e1pido ela est\u00e1 se afastando de n\u00f3s, independentemente da dire\u00e7\u00e3o que se olhe. Al\u00e9m disso, nenhuma estrela est\u00e1 se aproximando de n\u00f3s, todas est\u00e3o se afastando.<\/p>\n

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Edwin Hubble (1889-1953) astr\u00f4nomo estadunidense<\/figcaption><\/figure>\n

Ao fazer um gr\u00e1fico de velocidade em fun\u00e7\u00e3o da dist\u00e2ncia, atualmente conhecido como “diagrama de Hubble”, Hubble percebeu que a rela\u00e7\u00e3o entre velocidade e dist\u00e2ncia \u00e9 muito bem descrita por uma reta. Isto ficou conhecido lei de Hubble-Lemaitre<\/a>, pois Lemaitre havia percebido este padr\u00e3o nos dados de Hubble antes do pr\u00f3prio e ele tamb\u00e9m ajudou a explicar esta expans\u00e3o no contexto da relatividade geral.<\/p>\n

O coeficiente angular desta reta \u00e9 chamado “par\u00e2metro de Hubble”, e indica a intensidade com que a expans\u00e3o ocorre. Seu valor aproximado \u00e9 de 70 km\/s\/Mpc, isto \u00e9, uma estrela a 1Mpc de dist\u00e2ncia estaria se afastando de n\u00f3s com velocidade de 70 km\/s.<\/p>\n

Expans\u00e3o? Sim! O diagrama de Hubble \u00e9 a maior evid\u00eancia que temos da expans\u00e3o do universo. Este foi atualizado durante os anos, n\u00e3o somente com cefeidas, mas tamb\u00e9m com o aux\u00edlio de supernovas e continua concordando com a hip\u00f3tese de expans\u00e3o. Pensando em evolu\u00e7\u00e3o temporal, se passarmos o filme do universo ao contr\u00e1rio, ver\u00edamos o universo contraindo, de forma que temos uma pequena intui\u00e7\u00e3o de que o universo surgiu de um Big Bang.<\/p>\n

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Exemplo de diagrama de Hubble, onde Redshift est\u00e1 relacionado a como se mede a velocidade. Retirado e adaptado de Wikimedia commons<\/a>, cr\u00e9ditos a Brews Ohare.<\/figcaption><\/figure>\n

A propriedade da expans\u00e3o ser igual, n\u00e3o importando a dire\u00e7\u00e3o que se olhe \u00e9 chamada isotropia, mas ser\u00e1 que ela implica que estamos no centro dessa expans\u00e3o?<\/p>\n

Sobre expans\u00f5es sem centro<\/h2>\n

Esta intui\u00e7\u00e3o que estamos em um lugar privilegiado no universo n\u00e3o \u00e9 nova. J\u00e1 tentamos colocar a Terra no centro do sistema solar, at\u00e9 percebermos que faz muito mais sentido que o Sol esteja no centro deste sistema. E o mesmo ocorre aqui! A isotropia na expans\u00e3o do universo n\u00e3o implica que estamos no centro! Na verdade, ela n\u00e3o implica nem na necessidade da exist\u00eancia de um centro!<\/p>\n

Considere a seguinte analogia: Imagine que o nosso universo \u00e9 como a superf\u00edcie de uma bexiga. Ao inflarmos essa bexiga, seus pontos se afastam e o universo “expande”. Por\u00e9m, n\u00e3o existe um centro na expans\u00e3o, pois nesta analogia o centro da bexiga n\u00e3o faz parte do universo (que \u00e9 representado apenas pela superf\u00edcie).<\/p>\n

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Analogia da bexiga<\/figcaption><\/figure>\n

Caso queria ganhar alguma intui\u00e7\u00e3o sobre a possibilidade de expans\u00f5es sem centro geom\u00e9trico, fiz uma pequena atividade experimental em uma palestra que dei no evento YouScience<\/a> do Instituto Principia<\/a>, que pode ser replicada por qualquer um que tenha alguns clipes e el\u00e1sticos: confira aqui<\/a>.<\/p>\n

Quando estudamos a fundo a cosmologia, descobrimos que faz muito mais sentido que o universo n\u00e3o tenha um centro de expans\u00e3o, sendo igual em todos os pontos, isto \u00e9, que ele n\u00e3o tenha um lugar privilegiado! Chamamos esta propriedade de homogeneidade do espa\u00e7o.<\/p>\n

E \u00e9 isto que tinha pra discutir com voc\u00eas hoje! Espero que tenham gostado! Cosmologia \u00e9 um t\u00f3pico fascinante, mas \u00e9 sempre bom lembrar que \u00e9 uma ci\u00eancia, e como tal deve seguir metodologias de observa\u00e7\u00e3o rigorosas para obter conclus\u00f5es! A hist\u00f3ria do universo \u00e9 fant\u00e1stica e n\u00e3o surgiu de devaneios em uma mesa de bar, mas sim de s\u00e9culos de estudos e observa\u00e7\u00f5es e o mais fascinante \u00e9 que conseguimos de fato contar a hist\u00f3ria de universo.<\/p>\n

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A observa\u00e7\u00e3o da expans\u00e3o do universo \u00e9 um grande marco na hist\u00f3ria da Astronomia e um dos fatos mais relevantes para a elabora\u00e7\u00e3o de um modelo cosmol\u00f3gico que tente explicar a hist\u00f3ria do universo. Como \u00e9 poss\u00edvel saber que o universo est\u00e1 em expans\u00e3o a partir de observa\u00e7\u00f5es terrestres? Ser\u00e1 que estamos no centro dessa […]<\/p>\n","protected":false},"author":252,"featured_media":906,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_monsterinsights_skip_tracking":false,"_monsterinsights_sitenote_active":false,"_monsterinsights_sitenote_note":"","_monsterinsights_sitenote_category":0,"pgc_sgb_lightbox_settings":"","_vp_format_video_url":"","_vp_image_focal_point":[],"footnotes":""},"categories":[21,18],"tags":[44,55,54,56],"class_list":["post-888","post","type-post","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry","category-aconteceu-recentemente","category-divulgacao-cientifica","tag-astronomia","tag-cosmologia","tag-expansao","tag-hubble"],"jetpack_featured_media_url":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-content\/uploads\/sites\/136\/2019\/06\/expansao_do_universo-e1560438062389.png","_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/888","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/users\/252"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=888"}],"version-history":[{"count":19,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/888\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":929,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/888\/revisions\/929"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/media\/906"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=888"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=888"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.blogs.unicamp.br\/tortaprimordial\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=888"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}