Como calcular um ano luz: 10 passos (com imagens)

Como Calcular Um Ano Luz: 10 Passos (com Imagens)

Quando se fala em  astronomia, talvez a primeira
noção
de tamanho que devemos ter é a escala de tamanhos  e
distâncias no sistema solar ( sol e os planetas). Vamos adotar o seguinte fator de escala: F=8431254000. Logo, a
distância em escala será: Ds=Dreal/F. E o tamanho em
escala
será: Ts=Treal/F.

No nosso modelo vamos usar uma mini-bola de basquete amarela
de aproximadamente 16.51 centímetros para representar o Sol.

que o Sol tem  diâmetro de  1 392 000 quilômetros
e
(139,200,000,000 / 16.51) = 8,431,254,000 , ao adotar esse mesmo
fator de escala pros diâmetros e distâncias no Sistema
Solar,
temos um modelo escalonado do Sistema Solar, conforme a tabela
abaixo:

Modelo escalonado
do Sistema Solar

ObjetoReal Diâmetro (km)Real Distância (milhões de km)Tamanho escalonado (cm) Distância (m) Sol

Mercúrio

Vênus

Terra

Marte

Júpiter

Saturno

Urano

Netuno

Plutão

Nuvem de Oort

Proxima Centauri

1,392,000 16.51
4880 57.910  0.058 (minúsculo! grão de
areia)
6.9 ( 7 passos)
12,104 108.16  0.14 (grão de areia) 12.8 (13 passos)
12,742 149.6  0.15 (grão de areia) 17.7 (18 passos) 
6780 228.0  0.08 (quase 1 mm) 27.0 (27 passos) 
139,822 778.4  1.7 (uma moeda de um centavo de real) 92.3 (92 passos) 
116,464 1,427.0  1.4 (um botão) 169.3 (169 passos) 
50,724 2,869.6  0.6 (metade do botão) 340.4 (340 passos) 
49,248 4,496.6  0.6 (metade botão) 533.3 (533 passos) 
2274 5,913.5  0.03 (pedaço pequeno de pó) 701.4 (701 passos) 
11,200,000  1,328,400 (1,328 km) 
40,493,000  4.5 (bola de handbol)  4,802,700 (4,803 km) 

Júpiter, o maior planeta, teria só 1.7
centímetros 
(uma moeda de um centavo de real) e estaria  a
aproximadamente 92.3 metros do Sol. Nossa pequena Terra (um grão
de areia)  estaria a 17.7 metros (aproximadamente 18 passos
grandes)  do Sol.

 

Como Calcular Um Ano Luz: 10 Passos (com Imagens)

A Nuvem de Oort é uma nuvem esférica enorme
composta por
trilhões de cometas que cercam o Sol. Seu raio se extende de
aproximadamente
7.5 a 15 trilhões de quilômetros. No nossso
modelo, a
distância do Sol à metade Nuvem de Oort seria  a
distância entre Los Angeles e Denver.

Proxima Centauri é a
estrela mais vizinha a nós fora do sistema solar
(lembre-se que o Sol também é uma estrela!).

A
distância a
Proxima Centauri seria igual à de Los Angeles para New Glasgow ,
na Nova Escócia para ser mais preciso! Se uma nave conseguisse
viajar à velocidade da luz (300000 km/s), levaríamos 4
anos pra
alcançar (negligenciando a gravidade do Sol)  Proxima
Centauri!

Você deve ter notado que a escala de grandeza em astronomia
é muito maior do que aquela a que estamos acostumados a lidar no
nosso dia-a-dia. Por isso os astrônomos usam unidades de
distância maiores, como a unidade astronômica, para
descrever distâncias entre os planetas, e um ano-luz, para
descrever distâncias entre as estrelas.

Uma unidade
astronômica
= a distância entre a Terra e o Sol, aproximadamente 149.6
milhões de quilômetros. Por exemplo, Júpiter
está a (778.4
milhões de km)/(149.6 milhões de km) = 5,203 unidades
astronômicas do Sol. Um ano-luz é a distância
percorrida pela
luz em um ano. .

Você pode descobrir quantos
quilômetros equivale a um ano-luz  multiplicando a velocidade
de luz pelo intervalo de tempo de um ano:

1 ano luz = (299,800 quilômetros/segundo) × (31,560,000
segundos/ano) = 9,461,000,000,000 quilômetros (9.461 trilhões
quilômetros!).

A mais próxima estrela está a
aproximadamente
4.3 anos-luz de distância, ou seja, a luz vinda de Proxima
Centauri leva 4.3 anos pra chegar à Terra.

E, portanto, se algo
acontecesse com essa estrela nesse exato momento, nós só
observaríamos essa mudança 4.3 anos depois.

  A
velocidade
de luz é a maior velocidade possível para qualquer
coisa
viajar
no universo, apesar do que você pode ver em filmes de
ficção científica ou livros.

O Sol ( marcado com 'x' no desenho
abaixo) é uma estrela entre
mais de 200 bilhões que estão ligadas
gravitacionalmente e
juntas formam a nossa galáxia, a Via Láctea.
  .
O
modelo da Via Láctea é de uma galáxia plana, como
uma panqueca
ou disco, e com uma protuberância no centro.

Estrelas e
gás
concentram-se em braços espirais no disco da Galáxia.
Também
existem muitas estrelas entre os braços espirais. Nosso sistema
solar está em um dos braços espirais da Via Láctea
e está a
aproximadamente 26 000 anos-luz do seu centro. A Via
Láctea  inteira tem aproximadamente 100 000 anos-luz de
extensão.

Em nosso modelo escalonado, com o Sol de16.51
centímetros de diâmetro, a Via Láctea teria 112
milhões de
quilômetros de extensão ou cerca de 38% do tamanho da
órbita
da Terra ao redor do Sol. Lembrando que a órbita de
Plutão tem
só 1.

4 quilômetros nessa escala, a Galáxia é
MUITO
maior  do que nosso sistema solar! Abaixo uma visão da Via
Láctea de frente e de perfil, com a posição
marcada do sol. 

Como Calcular Um Ano Luz: 10 Passos (com Imagens)
Como Calcular Um Ano Luz: 10 Passos (com Imagens)

Dentre os grandes agrupamentos de galáxias, os aglomerados de
galáxias, o mais próximo é chamado de aglomerado
de Virgo
(está na direção da constelação de
Virgo, a Virgem). O
aglomerado de Virgo tem mais de 1000 galáxias  e distaria
mais de 50 metros nesse modelo escalonado.

Note que em
relação
ao tamanho, as galáxias estão relativamente perto uma das
outras.  Estrelas dentro de uma galáxia
estão
relativamente muito distantes  comparadas aos seus tamanhos.

Você verá que a proximidade relativa das
galáxias  tem um
efeito significativo em sua evolução.

O Grupo Local e o aglomerado de Virgo são parte de um grupo
maior, chamado de Superaglomerado Local ou Superaglomerado de
Virgo (o aglomerado de Virgo está próximo ao seu centro).

O
Grupo Local está perto de uma extremidade do Superaglomerado
Local.

Em nosso modelo, com a Via láctea do tamanho de uma
mini-bola de basquetebol , o Superaglomerado Local tem o
comprimento de aproximadamente 190 metros  e o universo
observável inteiro tem um diâmetro de aproximadamente
49.5
quilômetros.

Escala de Tempo

Agora, para aprimorar a nossa percepção sobre escalas
de
tempo no Universo, vamos, ao invés de reduzir distâncias,
encolher o tempo. No nosso modelo escalonado do tempo,
chamado calendário cósmico, todos os segundos
correspondem
a 475 anos reais (assim 24 dias do calendário cósmico = 1
bilhão de anos reais).

Assumindo que o universo tem 15
bilhões
anos de idade, você pode apertar a história inteira do
universo
em um ano civil cósmico. O universo começa em 1 de
janeiro à
zero hora no calendário cósmico e nosso tempo presente
está em
31 de dezembro às 11:59:59.99999 PM.

Aqui vão algumas
datas
importantes neste calendário cósmico super-comprimido,
todas
pertinentes para nós os humanos: (também veja a figura
abaixo)

Origem do Universo–Jan. 1 Origem de nossa galáxia–Jan 24
Origem de sistema solar–setembro. 9 Terra Solidifica–setembro 14
Vida na Terra– setembro. 30 Advento de reprodução sexual–Nov. 25
Atmosfera de oxigênio–Dez. 1 Explosão cambriana (600 mil anos atrás quando a
maioria dos organismos complexos apareceram, peixes)–Dez. 17
Plantas de terra & insetos–Dez. 19, 20, Primeiros anfíbios–Dez. 22
Primeiros répteis & árvores–Dez. 23 Primeiros dinossauros–Dez. 25
KT imprensam, idade de mamífero,
pássaros–10:00 SÃO Dez. 30
Primeiros primatas–Dez. 30
Australopitecos (Lucy, etc.)–10:00 PM Dez. 31 homohabilis–11:25 PM Dez. 31
homoerectus–11:40 PM Dez. 31 Mais antigo homosapiens –11:25 PM Dez. 31
Homem neandertalense–11:57 PM Dez. 31 Cro-Magnon tripulam–11:58:38 PM
Homo sapiens sapiens–11:58:57 PM Dez. 31 História humana–11:59:39 PM
Gregos antigos até agora– últimos cinco
segundos 
tempo de vida de um ser humano (71 anos)–0.15 segundos

Como Calcular Um Ano Luz: 10 Passos (com Imagens)

Ë surpreendente que possamos ter descoberto tantas coisas a
respeito da evolução do Universo em aproximadamente 100
anos,
que é uma fração muito pequena da idade do
Universo.

Há 100
anos atrás a fotografia começou a ser usada em astronomia
e as
primeiras observações sistemáticas (Surveys) se
tornaram
possíveis. Como os astrônomos podem dizer com
confiabilidade
que daqui a 5 bilhões de anos o Sol entrará na fase de
gigante
vermelha? E que a Terra se formou a 4.

6 bilhões de anos
atrás? A dificuldade dessa tarefa pode ser concebida com a seguinte
analogia: um ET vem à Terra e tem a missão de
fotografá-la por
15 segundos ( 15 segundos está para o tempo de vida de um humano
assim como 100 anos está para a idade do Universo).

Leia também:  Como baixar aplicativos japoneses no iphone ou ipad

O ET retorna
à sua origem, e seus colegas tentam entender a vida de um ser
humano através das fotos tiradas durante os 15 segundos de
observação.    

Ano-luz: velocidade, tempo ou distância? Como calcular? [resumo]

Ano-luz, oriundo do inglês, tal como light-year, é definida como uma unidade de medida de proporções astronômicas. Utilizada na Astronomia, ela faz referência à distância que um fóton (partícula de luz) leva para percorrer durante um ano.

Não existe velocidade maior encontrada no Universo do que a luz. A capacidade de deslocamento do fóton é estimada em 300 mil quilômetros por segundo.

Dessa forma, tem-se que cada ano-luz é correspondente a cerca de 9,5 trilhões de quilômetros, ou 9.500.000.000.000 ou ainda 9,5 . 1012, em notação científica.

Como Calcular Um Ano Luz: 10 Passos (com Imagens)(Imagem: Reprodução)

Por que ano-luz é unidade astronômica para distância?

Um fóton, por exemplo, leva, em média, 1 segundo para percorrer a distância que separa a Terra e a Lua. Mesmo que a Lua seja o corpo celeste mais próximo à Terra, ela ainda se encontra a 384 mil quilômetros de distância.

Essa é a diferença de ano-luz ser unidade de distância. A unidade de tempo, neste caso, é o segundo, o minuto ou a hora.

Assim, para evitar os números absurdos das distâncias entre os astros do Universo, adotou-se o ano-luz como medida de distância. Isso evita, para os astrônomos, a necessidade de escrever números imensos para representar a distância da Terra com outro planeta, por exemplo.

Por isso, não confunda: o ano-luz é unidade de distância, ano-luz não é unidade de tempo.

Como calcular o ano-luz?

A fim de saber quanto equivale um ano-luz, é necessário apenas a multiplicação da velocidade da luz pelo número de segundos existentes em um ano. O ano terrestre possui 31 536 000 (trinta e um milhões e quinhentos e trinta e seis mil) segundos.

Esse número, como já revelado, multiplicado pela velocidade da luz (300 000 km/s) terá como resultado 9,5 . 1012, aproximadamente. O número, em realidade, é 9.460.800.000.000 km (ou nove trilhões, quatrocentos e sessenta bilhões e oitocentos milhões de quilômetros).

Então, quando dizemos que um planeta/satélite/estrela está a 1 ano-luz de distância da Terra, dizemos que este astro está a 9,5 trilhões de quilômetros de nós. Para termos ideia dessa dimensão, a estrela mais próxima do sistema solar, a Alpha Centauri, se encontra a 4,37 anos-luz da Terra.

Referências

Física Básica – Volume Único, por Nicolau Gilberto Ferraro, Paulo de Toledo Soares e Ronaldo Fogo

Meta de andar 10 mil passos por dia para melhorar a saúde funciona?

Michael Mosley BBC

Como Calcular Um Ano Luz: 10 Passos (com Imagens) Direito de imagem Getty Images Image caption Meta de andar 10 mil passos por dia, que resultaria em uma queima de 500 calorias a mais, surgiu no Japão há 54 anos

Você já esbarrou em alguém na rua que olhava ansiosamente para o pulso? Quase 60 anos depois do surgimento da recomendação de se caminhar 10 mil passos por dia, muita gente ainda usa o esse número “mágico” como meta diária de exercício – contando, inclusive, com a ajuda da tecnologia, como o relógio que registra a caminhada, para monitorá-la de perto.

Mas este é realmente um objetivo pelo qual que vale se empenhar ou pode haver algo melhor? E de onde saiu esse número?

Curiosamente, ele tem como origem uma campanha de marketing do Japão dos anos 1960.

Na preparação para a Olimpíada de 64, em Tóquio, uma empresa criou um dispositivo voltado aos consumidores preocupados com a saúde. Ele era chamado de Manpo-Kei. Em japonês, “man” significa 10 mil e “po” e “kei”, medidor. Literalmente, a expressão significa “medidor de 10 mil passos”.

O aparelho foi um dos primeiros podômetros, baseado no trabalho do dr. Yoshiro Hatano, um jovem acadêmico da Universidade Kyushu de Saúde e Bem-Estar.

A motivação de Hatano eram as recentes mudanças de hábito que ele percebia nos japoneses – que estariam “importando” o estilo de vida pouco ativo dos americanos junto com o apreço crescente que sentiam pelo baseball. O cientista queria, então, incentivá-los a se movimentarem mais.

  • E concluiu que, se pudesse persuadir seus compatriotas a aumentarem o número diário de passos da média de 4 mil para cerca de 10 mil, eles queimariam cerca de 500 calorias a mais por dia e continuariam saudáveis.
  • Foi assim, aparentemente, que o método dos 10 mil passos por dia surgiu.
  • A novidade foi um grande sucesso de marketing na época, mas ela ainda é efetivamente o melhor jeito de manter nossa saúde física?

Só no tricô

  1. Para o programa “A Verdade sobre entrar em forma”, fui a uma fábrica em Sheffield (no condado de South Yorkshire) acompanhado do professor Rob Copeland, da Universidade Sheffield Hallam.

  2. Nosso objetivo era fazer um pequeno experimento para comparar os benefícios dos 10 mil passos com outro método, um programa chamado Active 10.
  3. Com o Active 10, não é preciso contar os passos, mas fazer três caminhadas intensas de 10 minutos por dia.

  4. Todas as pessoas que participaram do experimento têm motivos diferentes para quererem ficar em forma.

Image caption Alguns dos voluntários que participaram do teste

Dave, por exemplo, sabe que ganhou peso e não tem mais o físico que costumava ter. Judy confessa: “Minha única atividade no momento é tricotar”.

E Nathan, pai de uma menina de seis anos, diz que a filha corre rápido e que não consegue acompanhá-la.

Nosso pequeno grupo de voluntários foi equipado com monitores de atividades, então foi possível saber não apenas o que estavam fazendo, mas também o quanto de energia gastavam nelas.

Copeland os dividiu em dois grupos. Um que teria que cumprir a meta diária de 10 mil passos – cerca de 8,5 km -, enquanto o outro faria as três sessões do Active 10, com mais ou menos 3 mil passos cada uma.

O pesquisador recomendou ao segundo grupo que não caminhasse devagar. A ideia era andar rápido – não tanto que os impedisse de falar, mas o suficiente para que não pudessem cantar -, para trabalhar o sistema cardiorrespiratório.

Passos rápidos

Os resultados mostraram que dois dos três voluntários do grupo 1 conseguiram atingir a meta de 10 mil passos diários, mas todos tiveram dificuldade.

Já o grupo do Active 10 achou a tarefa relativamente fácil. Seus integrantes combinaram de se encontrar em momentos de pausa durante o dia e faziam as caminhadas rápidas juntos.

Direito de imagem Getty Images Image caption Ao caminhar de maneira mais intensa, o coração bate mais rápido, e isso é melhor para a saúde

O professor Copeland analisou os dados dos monitores de atividades e disse que os resultados foram claros.

“O grupo do Active 10 fez 30% a mais de atividadade física moderada a vigorosa do que o dos 10 mil passos, mesmo que tenha sido por menos tempo. E é quando você está fazendo atividade com intensidade moderada que obtém os melhores benefícios para a saúde”, diz ele, já que há aumento da frequência cardíaca com a respiração ofegante.

“O que eu realmente quero é que vocês aumentem o batimento cardíaco. Há evidências que sugerem que, ao fazer isso, diminui-se o risco de diabetes, doenças cardiovasculares e de incidência alguns tipos de câncer”, diz Copeland.

A fórmula criada pelo dr. Hatano nos anos 1960 ainda funciona, especialmente se servir de incentivo para os sedentários – mas, para muita gente, a constatação de que caminhadas curtas podem ser ainda mais eficientes é bastante motivadora.

Sistema métrico: Ideias e palavras para medir o mundo

Medir é comparar – e aprendemos isso, de forma intuitiva, quando ainda somos crianças. À medida que crescemos, contudo, descobrimos que é necessário definirmos uma referência como ponto de partida.Tente medir o comprimento e a largura da sua mesa ou do seu quarto, sem usar régua, trena ou qualquer instrumento apropriado para esse tipo de experiência.

Leia também:  Como ajudar seu filho a gostar de esportes: 10 passos

A tendência é de, intuitivamente, utilizarmos a palma da mão para medir a mesa e os passos, sem esticar muito as pernas, para medir o quarto.Esses dois instrumentos do nosso corpo, o comprimento da mão e o intervalo entre os pés, são usados muitas vezes.

No entanto, podemos perceber que esses métodos exigem alguns ajustes, principalmente se tais medidas precisarem ser registradas ou comunicadas a outras pessoas.

  • Depois de utilizar a palma da mão e os passos, percebemos que os resultados obtidos são aproximados, e nos permitem apenas ter uma vaga noção de quanto o comprimento do quarto é maior que o da mesa.
  • Padrões precisos

Assim, se nosso objetivo for, por exemplo, informar o resultado das medições a um marceneiro ou um pedreiro, perceberemos a fragilidade dessas medidas, pois elas se referem a padrões individuais, variáveis de pessoa a pessoa – e para que a comunicação seja efetiva é necessário que os padrões sejam coletivos e precisos.Foi por esse motivo, diante de tal necessidade, que surgiram unidades internacionais de comprimento, massa, tempo e de outras grandezas, para que os homens e os países pudessem se comunicar com facilidade, precisão e rapidez.

Para ilustrar essa grande viagem humana, este texto se concentrará na unidade de comprimento. É o suficiente para mostrar a riqueza da invenção das unidades de medida.

Do metro ao angstrom

O metro foi definido, em 1791, como uma fração de 1/10.000.000 da distância do Pólo Norte ao Equador, seguindo o traçado do meridiano que passa por Paris. É uma bela aplicação do conceito de fração, a fim de se obter um pedaço do comprimento da circunferência da Terra.

A ideia do número fracionário, elaborada no Egito para evitar desperdício ou controlar a escassez de pão, é aplicada, no caso acima, não para se obter um pedaço de pão, mas um pedaço de linha do meridiano terrestre.

Um pedaço que passou a ser representado por uma barra de platina, guardada no Bureau Internacional de Pesos e Medidas, na França.Essa definição, atualmente aperfeiçoada – nos dias de hoje, o metro é definido como o comprimento do trajeto percorrido pela luz no vácuo, durante um intervalo de tempo de 1/299.792.

458 de segundo -, foi reproduzida no mundo inteiro, para que todos conseguissem se comunicar nas suas diferentes necessidades sociais ou experiências matemáticas.

O conceito de fração, um padrão definido mundialmente, além de servir como recurso na definição do metro, foi usado também para fragmentá-lo em 10, 100 e 1.000 partes iguais.

Para cada parte fragmentada é definida uma regra e um nome.

A décima parte do metro (m) passa, assim, a ser chamada de decímetro (dm); a centésima, de centímetro (cm); e a milésima, de milímetro (mm) – cada uma delas com seu símbolo respectivo.

Seguindo essa ideia de sempre dividir por 10, o homem invadiu o mundo microscópico, dividindo também o milímetro por 10, 100 e 1.000 partes, sendo que esta última divisão foi definida como mícron (µm). Uma bactéria, por exemplo, tem aproximadamente 20 mícrons de comprimento. Em relação ao milímetro, poderíamos definir o comprimento da bactéria com esta fórmula:

2 0 . 1 1 0 0 0 mm = 2 1 0 0 mm = 1 5 0 mm

O jogo continua indefinidamente, acompanhando a evolução da ciência. Há, por exemplo, o nanômetro (nm), definido como a bilionésima parte do metro, e o angstrom (Å), a décima parte do nanômetro.

Do metro ao ano-luz

Esse processo de fragmentar o metro em partes iguais, em grupos de 10, para medir comprimentos de bactérias, de vírus ou do diâmetro dos átomos pode tomar um caminho inverso. Da mesma forma que submergimos no mundo microscópico podemos emergir para o mundo macroscópico.

Em vez de dividir o metro por 10, multiplicamos: o decâmetro (dam) é definido como dez vezes maior que o metro; e temos, seguindo a mesma lógica, o hectômetro (hm), igual a 100 x 1m, e o conhecido quilômetro (km), igual a 1.000 x 1m.O procedimento de medir comprimentos é o mesmo usado para medir distâncias.

Os dois são sinônimos, ambos estão relacionados ao mundo geométrico e servem para medir o intervalo entre dois pontos.

Assim, da mesma forma que surgiu a necessidade de medir o comprimento de um vírus, também surgiu a necessidade de medir a distância entre a Terra e o Sol – em outras palavras, o comprimento da linha reta, ou aproximadamente reta, que separa esses dois corpos celestes.

Nessa expansão de medir o mundo macroscópico elaborou-se o conceito de ano-luz. Multiplicar o metro por um bilhão é pouco para se registrar as distâncias entre as galáxias. Usando a velocidade da luz como referência, inventou-se a unidade ano-luz a partir de uma regra de três: se a luz percorre 300.

000 km em 1 segundo, então quantos quilômetros ela percorre em um ano? Calculamos a quantidade de segundos em um ano, que é de 365 x 24 x 60 x 60, e depois, seguindo a técnica da regra de três, multiplicamos esse resultado por 300.000 km.

Tudo isso para sabermos que o diâmetro de nossa galáxia, a Via Láctea, tem cerca de 100.000 anos-luz.

O desafio de medir o tamanho de uma constelação é semelhante ao de medir a dimensão de um vírus. Nesse tipo de desafio, nesse jogo, os dois procedimentos conduzem ao conceito de infinito, provocando o surgimento de novos conceitos e de novas formas de se transmitir informações com precisão. Dirigimos nosso olhar para o mundo macroscópico ou microscópico – e temos dois caminhos fisicamente opostos, que conduzem ao conhecimento sem dúvida infinito, mas que têm como ponto de partida, como padrão, o homem.

Sugestão: conheça um prático e útil conversor de medidas.

"Escada" refinada do Hubble fornece evidências de uma nova física no Universo

Esta ilustração mostra os três passos que os astrónomos usaram para medir a expansão do Universo (constante de Hubble) com uma precisão sem precedentes, reduzindo a incerteza total até 2,3%. As medições otimizam e fortalecem a construção da “escada” de distâncias cósmicas, usada para medir distâncias precisas a galáxias próximas e distantes da Terra. O estudo mais recente do Hubble estica o número de estrelas analisadas a distâncias até 10 vezes mais para o espaço do que os resultados anteriores do Hubble.
Crédito: NASA, ESA, A. Feild (STScI) e A. Riess (STScI/JHU)

(clique na imagem para ver versão maior)

Os astrónomos usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA para fazer as medições mais precisas da taxa de expansão do Universo desde que foi calculada pela primeira vez há quase um século. Curiosamente, os resultados estão a forçar os astrónomos a considerar que podem estar a ver evidências de algo inesperado a obrar no Universo.

Isto porque a descoberta mais recente do Hubble confirma uma discrepância incómoda que mostra que o Universo parece estar a expandir-se mais depressa, agora, do que era esperado dada a sua trajetória vista pouco depois do Big Bang. Os investigadores sugerem que pode ser necessária uma nova física para explicar a inconsistência.

“A comunidade está realmente a lutar para compreender o significado desta discrepância,” realça o investigador principal e Prémio Nobel Adam Riess do STScI (Space Telescope Science Institute) e da Universidade Johns Hopkins, ambos em Baltimore, no estado norte-americano de Maryland.

A equipa de Riess, que inclui Stefano Casertano, também do STScI e de Johns Hopkins, tem vindo a usar o Hubble ao longo dos últimos seis anos para refinar as medições das distâncias a galáxias, usando as suas estrelas como marcadores.

Essas medições são usadas para calcular quão rápido o Universo se expande com o tempo, um valor conhecido como a constante de Hubble.

O novo estudo da equipa estica o número de estrelas analisadas até 10 vezes a distância dos resultados anteriores do Hubble.

Mas o valor de Riess reforça a disparidade com o valor esperado e derivado das observações da expansão do Universo inicial, 378.000 anos após o Big Bang – o evento violento que formou o Universo há aproximadamente 13,8 mil milhões de anos.

Estas medições foram feitas pelo satélite Planck da ESA, que mapeia o fundo cósmico de micro-ondas, uma relíquia do Big Bang. A diferença entre estes dois valores é aproximadamente de 9%.

As novas medições do Hubble ajudam a reduzir as hipóteses de que a discrepância entre os dois valores é mera coincidência para 1 em 5000.

O resultado do Planck previa que o valor da constante de Hubble deveria agora ser de 67 quilómetros por segundo por megaparsec (3,3 milhões de anos-luz), e que não podia ser superior a 69 quilómetros por segundo por megaparsec.

Leia também:  Como ajudar seu filho a lidar com o bullying

Isto significa que por cada 3,3 milhões de anos-luz que uma galáxia está de nós, move-se 67 km/s mais depressa.

Mas a equipa de Riess mediu um valor de 73 km/s/Mpc, indicando que as galáxias se movem a um ritmo mais rápido do que o implícito nas observações do Universo inicial.

Os dados do Hubble são tão precisos que os astrónomos não podem descartar a diferença entre os dois resultados como erros em qualquer medição única ou método. “Ambos os resultados foram testados de várias formas, assim que a não ser que existam uma série de erros não relacionados,” explica Riess, “é cada vez mais provável que não seja um 'bug', mas uma característica do Universo.”

Explicando uma Discrepância Vexante

Riess delineou algumas explicações possíveis para esta discrepância, todas relacionadas com os 95% do Universo que está envolto em escuridão.

Uma possibilidade é que a energia escura, já conhecida por acelerar o cosmos, pode estar a afastar as galáxias umas das outras com uma força ainda maior – ou crescente.

Isto significa que a própria aceleração pode não ter um valor constante no Universo, mas mudar ao longo do tempo do Universo. Riess partilhou o Prémio Nobel pela descoberta, em 1998, da aceleração do Universo.

Outra ideia é que o Universo contém uma nova partícula subatómica que viaja perto da velocidade da luz.

Estas velozes partículas são coletivamente chamadas “radiação escura” e incluem partículas anteriormente conhecidas como os neutrinos, criados em reações nucleares e decaimentos radioativos.

Ao contrário de um neutrino normal, que interage por força subatómica, esta nova partícula só seria afetada pela gravidade e é apelidada de “neutrino estéril.”

Ainda outra possibilidade fascinante é que a matéria escura (uma forma invisível de matéria não composta por protões, neutrões e eletrões) interage mais fortemente com a matéria normal ou com a radiação do que se julgava anteriormente.

Qualquer um destes cenários mudaria os conteúdos do Universo inicial, levando a inconsistências nos modelos teóricos. Estas inconsistências resultariam num valor incorreto para a constante de Hubble, inferido a partir de observações do cosmos jovem. Este valor seria então incompatível com o número derivado das observações do Hubble.

Riess e colegas não têm ainda quaisquer respostas para este problema vexante, mas a sua equipa continuará a trabalhar no ajuste da taxa de expansão do Universo. Até agora, a equipa de Riess, de nome SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State), diminuiu a incerteza para 2,3%.

Antes do Hubble ter sido lançado em 1990, as estimativas da constante de Hubble variavam por um fator de dois. Um dos objetivos principais do Hubble era o de ajudar os astrónomos a reduzir o valor desta incerteza até um erro de apenas 10%.

Desde 2005, o grupo tem procurado aprimorar a precisão da constante de Hubble até que permita uma melhor compreensão do comportamento do Universo.

Construindo uma Forte “Escada” de Distâncias Cósmicas

A equipa conseguiu refinar o valor da constante de Hubble otimizando e fortalecendo a construção da escada de distâncias cósmicas, que os astrónomos usam para medir distâncias precisas de galáxias próximas e distantes.

Os investigadores compararam essas distâncias com a expansão do espaço, conforme medido pela dilatação da luz de galáxias cada vez mais distantes.

Usaram então a aparente velocidade externa das galáxias a cada distância para calcular a constante de Hubble.

Mas o valor da constante de Hubble só é tão preciso quanto a precisão das medições. Os astrónomos não podem usar uma fita métrica para medir as distâncias entre galáxias. Em vez disso, selecionaram classes especiais de estrelas e supernovas como “marcadores cósmicos” para medir com precisão as distâncias galácticas.

Entre as mais confiáveis para distâncias mais pequenas estão as variáveis Cefeidas, estrelas pulsantes que aumentam e diminuem de brilho a ritmos que correspondem ao seu brilho intrínseco. As suas distâncias, portanto, podem ser inferidas através da comparação do seu brilho intrínseco com o seu brilho aparente visto da Terra.

A astrónoma Henrietta Leavitt foi a primeira a reconhecer a utilidade das variáveis Cefeidas para medir distâncias em 1913.

Mas o primeiro passo é medir as distâncias às Cefeidas independentemente do seu brilho, usando uma ferramenta básica de geometria chamada paralaxe.

A paralaxe é a mudança aparente na posição de um objeto devido a uma alteração do ponto de vista de um observador. Esta técnica foi inventada pelos antigos Gregos que a usaram para medir a distância da Terra à Lua.

O resultado mais recente do Hubble é baseado em medições da paralaxe de oito Cefeidas recém-analisadas na nossa Via Láctea. Estas estrelas estão cerca de 10 vezes mais distantes do que as estudadas anteriormente, residindo a 6000-12.000 anos-luz da Terra, o que as torna mais difíceis de medir.

Pulsam a intervalos mais longos, tal como as Cefeidas observadas pelo Hubble em galáxias distantes que contêm outra “régua” confiável, explosões estelares chamadas supernovas do Tipo Ia. Este tipo de supernova explode com um brilho uniforme e é brilhante o suficiente para ser observado relativamente longe.

As observações anteriores do Hubble estudaram 10 cefeidas que piscam mais depressa localizadas a 300-1600 anos-luz da Terra.

Examinando as Estrelas

Para medir a paralaxe com o Hubble, a equipa teve que avaliar a pequena, mas aparente oscilação das Cefeidas devido ao movimento da Terra em torno do Sol. Estas oscilações têm aproximadamente 1/100 do tamanho de um único pixel na câmara do telescópio, equivalentes ao tamanho aparente de um grão de areia a 160,9 km de distância.

Portanto, para garantir a precisão das medições, os astrónomos desenvolveram um método inteligente que não tinha sido previsto aquando do lançamento do Hubble. Os cientistas inventaram uma técnica de varrimento na qual o telescópio media a posição de uma estrela mil vezes por minuto a cada seis meses durante quatro anos.

A equipa calibrou o brilho verdadeiro das oito estrelas que pulsam lentamente e cruzou-as com as suas primas mais distantes a fim de encolher as imprecisões na sua escada de distâncias.

Os investigadores compararam então o brilho das Cefeidas e das supernovas nessas galáxias com maior confiança, para que pudessem medir com mais firmeza o brilho verdadeiro das estrelas e, portanto, calcular distâncias a centenas de supernovas em galáxias distantes com maior precisão.

Outra vantagem deste estudo é que a equipa usou o mesmo instrumento, o WFC3 (Wide Field Camera 3) do Hubble, para calibrar as luminosidades tanto das Cefeidas próximas como daquelas noutras galáxias, eliminando os erros sistemáticos que são inevitavelmente introduzidos quando comparando medições obtidas por diferentes telescópios.

“Normalmente, se a cada seis meses tentarmos medir a mudança na posição de uma estrela em relação a uma segunda a estas distâncias, estamos limitados pela capacidade em descobrir exatamente onde está a estrela,” explicou Casertano.

Usando a nova técnica, o Hubble move-se lentamente através de um alvo estelar e capta a imagem como uma linha de luz. “Este método permite oportunidades repetidas para medir os deslocamentos extremamente pequenos devido à paralaxe,” acrescenta Riess.

“Estamos a medir a separação entre duas estrelas, não apenas num local na câmara, mas repetidamente durante milhares de vezes, reduzindo os erros nas medições.”

O objetivo da equipa é reduzir ainda mais a incerteza usando dados do Hubble e do observatório espacial Gaia da ESA, que irá medir as posições e distâncias de estrelas com uma precisão sem precedentes. “Esta precisão é o que será necessário para diagnosticar a causa desta discrepância,” explica Casertano.

Os resultados da equipa foram aceites para publicação na revista The Astrophysical Journal.

Seja o primeiro a comentar

Faça um comentário

Seu e-mail não será publicado.


*