Como sabemos disso?
No cosmos, quase tudo o que sabemos chega pela luz ou pelo movimento de objetos distantes. Vamos separar o que os instrumentos medem, o que os modelos inferem e o que continua sem resposta.
Ao final, você consegue: Distinguir observação, inferência e questão aberta ao examinar expansão, CMB, matéria escura e expansão acelerada.
Uma evidência é uma medida; um modelo explica como várias medidas podem combinar. Algumas explicações ainda têm peças desconhecidas.
Mexa e descubra
Antes de medir: as galáxias mais distantes se afastam…
Mais depressa: o dobro da distância, mais ou menos o dobro da velocidade. A inclinação dessa reta diz o ritmo em que o Universo cresce hoje. Galáxias próximas atrapalham um pouco, porque elas também têm seus próprios movimentos.
Meça como Hubble
Em 1929, o astrônomo Edwin Hubble mediu galáxias e percebeu que as mais distantes se afastam mais depressa. Foi a pista de que o Universo cresce. Agora é a sua vez: toque nas galáxias para medir.
Como o telescópio mede: a distância vem do brilho de estrelas que explodem sempre com a mesma força (quanto mais fracas parecem, mais longe estão). A velocidade vem da cor: a luz de quem se afasta chega mais avermelhada.
O que você descobriu
Para quem quer os nomes técnicos
- O ritmo de expansão se chama constante de Hubble.
- As estrelas que explodem sempre com o mesmo brilho são supernovas do tipo Ia. Hubble publicou a descoberta em 1929 (artigo original (abre em outra aba) ↗); Georges Lemaître chegou à mesma ideia em 1927.
Se o Universo tivesse só matéria, sem energia escura, a expansão…
Com a quantidade "certinha" de matéria, ela vai freando para sempre, cada vez mais devagar, sem nunca parar. Com matéria demais, pararia e voltaria a encolher. Mas o que vemos é outra coisa: hoje a expansão está acelerando. Por isso existe a ideia de energia escura.
Com essa receita o Universo nunca teria começado pequeno e quente. Não é o nosso caso. Ponha mais matéria ou menos energia escura.
Do que o Universo é feito
O que existe no Universo decide o que acontece com ele. A matéria puxa tudo para junto e freia a expansão. A energia escura, algo que ainda não entendemos, faz a expansão acelerar. Mude a receita e veja o futuro mudar.
- Idade do Universo
- —
- A expansão hoje está
- —
- O futuro
- —
- A forma do espaço
- —
Para quem quer os nomes técnicos
- As contas por trás do gráfico são as equações de Friedmann, as mesmas que os cosmólogos usam.
- A diferença entre 67 e 73 se chama tensão de Hubble. Medidas: satélite Planck (abre em outra aba) ↗ e equipe SH0ES (abre em outra aba) ↗.
Como sabemos o que sabemos?
Escolha uma evidência. Observe o que ela mostra, como interpretamos e o que segue aberto.
Expansão
- O que observamos
- Os espectros de muitas galáxias mostram desvio para o vermelho. Em grandes escalas, distância e recessão se relacionam.
- Como explicamos
- Um espaço em expansão estica a luz durante sua viagem. Movimentos locais também podem alterar o espectro.
- O que segue aberto
- Os métodos de medição da expansão atual ainda chegam a valores diferentes. Entender essa diferença é uma pesquisa em aberto.
Fundo cósmico
- O que observamos
- Detectamos radiação de micro-ondas em todas as direções, com espectro térmico e pequenas diferenças de temperatura.
- Como explicamos
- É uma luz antiga, liberada quando o Universo se tornou transparente, cerca de 380 mil anos após o início da expansão quente.
- O que segue aberto
- Seus padrões restringem modelos. Não são uma fotografia do instante inicial nem uma prova de todas as hipóteses sobre esse instante.
Matéria escura
- O que observamos
- Movimentos de estrelas e galáxias, lentes gravitacionais e padrões do fundo cósmico indicam gravidade além da matéria luminosa.
- Como explicamos
- O modelo cosmológico usa matéria que exerce gravidade e interage pouco com a luz para reunir essas evidências.
- O que segue aberto
- A identidade microscópica dessa matéria ainda é desconhecida. Não houve identificação confirmada de sua partícula.
Expansão acelerada
- O que observamos
- Distâncias de supernovas do tipo Ia, combinadas com outras observações, sustentam uma expansão acelerada recente.
- Como explicamos
- A constante cosmológica é a descrição mais simples da energia escura no modelo padrão.
- O que segue aberto
- Sua natureza física permanece aberta. Estudar possíveis variações exige combinar dados, erros e hipóteses do modelo.
Evidência inicial: expansão. As explicações também estão disponíveis na leitura do capítulo.
Medida, modelo e pergunta aberta
Um telescópio registra luz, espectros ou mudanças de brilho. Um modelo relaciona essas medidas a propriedades do Universo. Uma pergunta continua aberta quando mais de uma explicação ainda cabe nos dados.
Entenda melhor
Uma imagem colorida pode representar luz invisível aos olhos, e uma animação pode ser uma simulação. Legendas e métodos mostram o que foi medido e o que foi acrescentado para explicar os dados.
Aprofundamento
Uma explicação fica mais forte quando combina observações independentes e sobrevive a testes de calibração, seleção e incerteza. Uma imagem ou um ajuste isolado raramente responde a tudo.
Expansão: a luz muda enquanto viaja
A Expansão do Universo Aumento, em grandes escalas, das distâncias entre regiões que acompanham o fluxo cósmico, junto com o alongamento da luz que viaja pelo espaço. Exemplo: A luz de galáxias distantes pode chegar com comprimentos de onda maiores.Ver no dicionário → cósmica alonga a luz que atravessa grandes distâncias. Astrônomos reconhecem linhas nos espectros de Galáxia Grande sistema de estrelas, gás e poeira mantidos juntos pela gravidade; sua massa inclui componentes inferidos, como matéria escura. Exemplo: O Sol pertence à Via Láctea, uma galáxia espiral.Ver no dicionário → e medem quanto elas mudaram de comprimento de onda: esse Redshift Deslocamento de linhas da luz para comprimentos de onda maiores; a expansão cósmica é uma causa importante em escalas grandes. Exemplo: Movimento local e gravidade também afetam a luz, então redshift não é uma medida de distância isolada.Ver no dicionário → ajuda a testar a expansão.
Entenda melhor
Quando comparadas com medidas de distância, as observações mostram que galáxias distantes acompanham a expansão em grande escala. A distância inferida depende também do modelo cosmológico usado.
Aprofundamento
Movimentos locais podem somar-se ao redshift cosmológico. Por isso, espectro, distância e outras informações são combinados para reconstruir a história da expansão.
A CMB preserva pistas do Universo jovem
A Radiação cósmica de fundo (CMB) Luz antiga que passou a viajar livremente quando o Universo tinha cerca de 380 mil anos e hoje é detectada sobretudo em micro-ondas. Exemplo: Satélites mapearam pequenas variações dessa radiação em todo o céu.Ver no dicionário →, ou CMB, é luz antiga que viajou livremente desde quando o Universo tinha cerca de 380 mil anos. Medimos seu brilho e pequenas variações em todo o céu; esse padrão restringe modelos da história cósmica.
Entenda melhor
Satélites como WMAP e Planck mapearam essas diferenças minúsculas. As cores dos mapas ajudam a mostrar os dados e não são a aparência visível de manchas no espaço.
Aprofundamento
A interpretação combina estatística dos mapas, remoção de sinais da Via Láctea e modelos físicos. O resultado testa a história do Universo, mas não é uma imagem direta de galáxias que ainda não existiam.
Matéria escura: gravidade sem luz
Estrelas e galáxias se movem como se houvesse mais Gravidade Interação associada à massa e à energia; na relatividade geral é descrita pela geometria do espaço-tempo. Exemplo: Ela participa da queda de um objeto, das órbitas e do colapso de nuvens.Ver no dicionário → do que a matéria que emite luz consegue explicar. Lentes gravitacionais, que dobram a luz de objetos ao fundo, também ajudam a mapear essa massa. Chamamos de Matéria escura Componente de matéria inferida principalmente por efeitos gravitacionais; sua natureza e suas partículas ainda não foram identificadas. Exemplo: A distorção gravitacional da luz de galáxias ao fundo ajuda a mapear massa escura em aglomerados.Ver no dicionário → a componente inferida por esses efeitos.
Entenda melhor
A evidência gravitacional é forte em diferentes escalas, mas a natureza da matéria escura segue desconhecida. Nenhuma partícula candidata foi confirmada como sua composição.
Aprofundamento
Em ajustes cosmológicos padrão, matéria comum e matéria escura têm papéis distintos na densidade do Universo. As proporções dependem do modelo e dos dados usados; não são uma pesagem direta de amostras no laboratório.
A expansão acelerada e o nome energia escura
Medições de Supernova Uma explosão estelar muito energética; existem mecanismos diferentes para produzi-la. Exemplo: Colapso de núcleo e explosão de uma anã branca são caminhos distintos.Ver no dicionário → distantes do tipo Ia, combinadas com outras observações, sustentam uma fase recente de expansão acelerada. Energia escura Nome usado em modelos para a componente ou propriedade associada à expansão acelerada; sua natureza física continua desconhecida. Exemplo: A constante cosmológica é a descrição mais simples desse efeito no modelo ΛCDM.Ver no dicionário → é o nome dado à componente ou propriedade que os modelos usam para explicar esse resultado; sua natureza física não foi estabelecida.
Entenda melhor
Os astrônomos comparam o brilho e o redshift das supernovas com previsões para diferentes histórias de expansão. A poeira, a calibração e outras observações também precisam ser consideradas.
Aprofundamento
A constante cosmológica é a descrição mais simples da energia escura no modelo ΛCDM. Outras possibilidades continuam em estudo; um bom ajuste não identifica sozinho a causa física da aceleração.
O que pode mudar uma conclusão?
Uma conclusão científica pode ser refinada quando chegam novas medidas, melhores calibrações ou observações que testam previsões diferentes. Se resultados discordam, primeiro investigamos dados, instrumentos e hipóteses antes de escolher uma explicação.
Entenda melhor
Expansão, CMB, abundâncias de elementos leves e lentes gravitacionais são pistas diferentes. Quando convergem, tornam uma história mais confiável; quando divergem, indicam onde olhar com mais cuidado.
Aprofundamento
A cosmologia atual não responde todas as perguntas sobre os componentes escuros, a inflação ou a causa da fase quente. Uma lacuna é um convite a novos testes, não uma licença para afirmar qualquer explicação.
Três perguntas
para avaliar evidências.
Qual frase descreve melhor o que sabemos sobre matéria escura?
De onde vem o que você leu
As observações apoiam modelos, mas não revelam automaticamente a natureza de seus componentes. “Matéria escura” e “energia escura” descrevem problemas físicos diferentes.
- NASA · A história do Universo (abre em outra aba)
- NASA · Redshift cosmológico observado pelo Hubble (abre em outra aba)
- NASA · Evolução do Universo e radiação de fundo (abre em outra aba)
- ESA · Destaques científicos da missão Planck (abre em outra aba)
- NASA · Matéria escura (abre em outra aba)
- NASA · Lentes gravitacionais e matéria escura (abre em outra aba)
- NASA · Energia escura e expansão acelerada (abre em outra aba)