Como surgiu o universo? Ser√° que ele tem fim?
Nos Limites do Universo

Pelas lentes do Hubble, a ciência procura a resposta final

Marcelo Gleiser,
Professor de física e astronomia do Dartmouth College, USA

 

Como surgiu o universo? Ser√° que ele tem fim? De onde vieram todas essas estrelas? Ser√° que elas tamb√©m t√™m planetas girando ao seu redor como o nosso Sol? Ser√° que existe vida nesses planetas? E na Terra, como surgiu a vida? Em 1997, o telesc√≥pio espacial Hubble produziu imagens espetaculares do universo. S√£o mir√≠ades de estrelas, constela√ß√Ķes, gal√°xias e quasares perdidos nos confins do universo. Essas imagens cont√™m as pistas para algumas das quest√Ķes mais antigas e profundas da exist√™ncia humana. Alguns dos mais remotos documentos da humanidade falam sobre a cria√ß√£o do mundo, do Sol, da Lua e sobre a origem da vida. As mesmas perguntas que nossos ancestrais faziam ao contemplar uma noite de c√©u estrelado continuam a desafiar hoje cientistas do mundo inteiro. A diferen√ßa √© que, agora, eles contam com instrumentos poderosos de observa√ß√£o, como √© o caso do Hubble. Nunca se esteve t√£o perto da resposta final como hoje.

O estudo das estrelas e do universo evoluiu rapidamente nos √ļltimos s√©culos. Em 1609, Galileu Galilei apontou o telesc√≥pio para os c√©us pela primeira vez e revelou um mundo completamente diferente das teorias aristot√©licas de ent√£o. Mas tarde, no mesmo s√©culo, Issac Newton unificou a f√≠sica dos c√©us com a f√≠sica da Terra atrav√©s de sua teoria da gravita√ß√£o universal. Mas foi apenas no s√©culo XX, com o casamento entre a nova teoria da relatividade Geral, desenvolvida por Albert Einstein, e a constru√ß√£o de poderosos telesc√≥pios, que f√≠sicos e astr√īnomos puderam finalmente enfrentar com mais seguran√ßa algumas dessas quest√Ķes ancestrais sobre a origem e a estrutura de nosso mundo. Assim nasceu a cosmologia moderna, a √°rea da f√≠sica que estuda as propriedades e a evolu√ß√£o do universo como um todo. O que testemunhamos hoje √© uma profunda revolu√ß√£o em nossa compreens√£o do universo. Atrav√©s da combina√ß√£o de poderosas teorias e observa√ß√Ķes pioneiras no campo da astronomia, como a do telesc√≥pio Hubble, cosm√≥logos est√£o prestes a responder a v√°rias dessas grandes quest√Ķes.

Um dos pilares da cosmologia moderna √© uma descoberta sensacional feita em 1929 pelo astr√īnomo americano Edwin Hubble. Ao estudar a luz emitida por v√°rias gal√°xias, Hubble corajosamente concluiu que elas est√£o se afastando de n√≥s. O resultado l√≥gico dessa descoberta √© que, ao contr√°rio do que se imaginava antes, n√£o vivemos num universo est√°tico. Se ele est√° em expans√£o, como demonstraram as observa√ß√Ķes de Hubble, isso quer dizer que teve um come√ßo e, provavelmente, ter√° um fim. O desafio atual, portanto √© tentar reconstruir a hist√≥ria do universo, desde sua origem at√© o presente e o seu poss√≠vel desaparecimento. Foi isso que fez, em 1946, o f√≠sico russo George Gamow. Ele √© o pai da hoje famosa teoria do Big Bang. Gamow sugeriu que o universo surgiu de um estado extremamente quente e denso e que, desde ent√£o, vem se expandindo. Nesse estado inicial, a mat√©ria estava dissociada em seus elementos mais elementares, que interagiam ferozmente. Segundo Gamow, essa "sopa c√≥smica" era composta principalmente de pr√≥tons, n√™utrons, el√©trons e f√≥tons, as part√≠culas da radia√ß√£o eletromagn√©tica que incluem ondas de r√°dio, a luz vis√≠vel, os raios X e muitas outras formas de radia√ß√£o.

Hoje sabemos que a composi√ß√£o inicial dessa sopa era outra, mas as id√©ias de Gamow permaneceram mais ou menos intactas. Ele n√£o se perguntou como essas part√≠culas apareceram. Achava que esse tipo de pergunta pertencia mais ao campo da teologia que ao da f√≠sica. Mas √© exatamente essa a pergunta crucial que tentamos responder hoje. H√° v√°rias respostas em circula√ß√£o, nenhuma conclusiva. Sabe-se que, √† medida que se expande, o universo se resfria. No come√ßo, o calor era tanto que impedia a forma√ß√£o de estruturas mais complexas. Sempre que os pr√≥tons e os n√™utrons tentavam formar n√ļcleos mais pesados ou um el√©tron tentava formar um √°tomo de hidrog√™nio com um pr√≥ton, os f√≥tons (o calor) frustrava essas tentativas. No passo seguinte, a temperatura do universo caiu o suficiente para permitir que n√ļcleos mais leves se fundissem, em um processo conhecido como "nucleoss√≠ntese".

O surpreendente √© que a nucleoss√≠ntese durou apenas uma fra√ß√£o de tempo: come√ßou quando o universo tinha em torno de um segundo de "vida" e acabou em tr√™s minutos. Desse processo rel√Ęmpago surgiram gases como o h√©lio. A etapa seguinte foi mais demorada. Cerca de 300.000 anos depois do Big Bang, a temperatura caiu o suficiente para permitir que pr√≥tons e el√©trons se unissem em √°tomos de hidog√™nio. A partir da√≠, os f√≥tons, que antes interagiam com pr√≥tons e el√©trons, passaram a se propagar livremente atrav√©s do universo. Esse fen√īmeno √© conhecido como "desacoplamento" da mat√©ria e radia√ß√£o. Gamow afirmou que esses f√≥tons poderiam ser observados, como radia√ß√£o com comprimento de onda semelhante ao das ondas de r√°dio. Em cada cent√≠metro c√ļbico do universo, existem cerca de 400 f√≥tons de radia√ß√£o c√≥smica, f√≥sseis do processo de desacoplamento.

Gamow e seus colaboradores fizeram duas previs√Ķes. A primeira √© que o universo deveria estar banhado em radia√ß√£o. A Segunda √© que quase um quarto de sua mat√©ria deveria ser na forma de h√©lio. Ambas foram espetacularmente confirmadas por v√°rias observa√ß√Ķes nas √ļltimas tr√™s d√©cadas. Com exce√ß√£o de alguns poucos cosm√≥logos, a grande maioria dos especialistas acredita que o universo teve mesmo uma inf√Ęncia extremamente quente e densa. Mais ainda, o h√©lio e a radia√ß√£o medidos s√£o rel√≠quias que podemos usar para reconstruir sua hist√≥ria. Mas nem tudo √© festa. O modelo do Big Bang, apesar de extremamente bem-sucedido, tem suas limita√ß√Ķes. Elas n√£o significam que modelo esteja errado, mas apenas incompleto.

Uma dessas quest√Ķes n√£o resolvidas √© a idade do universo. Quando Edwin Hubble descobriu que o universo est√° em constante expans√£o, ele chegou a estimar que o universo tinha em torno de 2 bilh√Ķes de anos. Esse n√ļmero era problem√°tico porque se sabia na √©poca que a pr√≥pria Terra tinha bem mais de 2 bilh√Ķes de anos. Como o universo poderia ser mais jovem do que a Terra? Apenas em 1952, mais de vinte anos depois das observa√ß√Ķes de Hubble, o astr√īnomo Walter Baade mostrou que o universo era pelo menos duas vezes mais velho do que a Terra. Hoje, temos m√©todos e instrumentos muito mais precisos, mas as estimativas ainda variam entre 10 e 20 bilh√Ķes de anos!

A grande esperan√ßa para a resolu√ß√£o final desse debate est√° depositada no supertelesc√≥pio Hubble. Armado em √≥rbita da Terra ele √© o mais poderoso instrumento j√° desenvolvido pela astronomia. T√£o poderoso que a astr√īnoma americana Wendy Freedman, l√≠der do grupo de pesquisa que utiliza o telesc√≥pio para medir a idade do universo, acredita que em dez anos saberemos a resposta com margem de erro de apenas 10 %, certamente bem melhor do que a imprecis√£o atual. Desde que come√ßou a operar, em 1990, o Hubble se transformou no grande revelador da natureza din√Ęmica do universo. Antes dele, nem em sonhos os astr√īnomos poderiam imaginar as fotos com as quais hoje podem trabalhar. S√£o imagens de estrelas nascendo em colis√Ķes de gal√°xias, astros morrendo em explos√Ķes que ejetam enormes quantidades de mat√©ria atrav√©s do espa√ßo, ber√ß√°rios estelares em nuvens ultradensas de g√°s, numa coreografia de cria√ß√£o e destrui√ß√£o ocorrendo nas maiores escalas que podemos conceber.

Atrav√©s do Hubble, a humanidade p√īde ver imagens de estrelas a aproximadamente 10 bilh√Ķes de anos-luz da Via L√°ctea. S√£o os primeiros registros conhecidos de luz gerados em um universo extremamente jovem. √Č como se fosse uma viagem no tempo. Quanto mais longe o objeto observado, mais antiga √© sua luz. O sistema mais pr√≥ximo da Via L√°ctea, a gal√°xia de Andr√īmeda, est√° a 2 milh√Ķes de anos-luz do Sol. Ou seja, a luz que vemos agora deixou Andr√īmeda 2 milh√Ķes de anos atr√°s, quando o Homo sapiens estava come√ßando a caminhar sobre a Terra. Nossa pr√≥pria gal√°xia possivelmente est√° em rota de colis√£o com Andr√īmeda - mais uma das quest√Ķes que o Hubble ir√° esclarecer num futuro pr√≥ximo.

As imagens grandiosas captadas pelo supertelesc√≥pio tamb√©m revelam a nossa insignific√Ęncia perante a imensid√£o do cosmo. O universo prosseguir√° seu curso independentemente da exist√™ncia humana. Em contrapartida, hoje temos a certeza de que a presen√ßa humana aqui s√≥ depende de n√≥s mesmos. Temos o imenso privil√©gio de fazer parte desse universo, de poder compartilhar de sua grandeza. Irrelevante ou n√£o dentro da escala c√≥smica, este planeta √© a nossa casa. Cabe a n√≥s preserv√°-lo da melhor maneira poss√≠vel, para que as futuras gera√ß√Ķes tamb√©m possam desfrutar o mesmo privil√©gio de se maravilhar diante do c√©u estrelado numa noite escura.

(Extraído de: Revista Veja, ano 30 - no 51, dezembro/1997, p. 69-71.)

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