1181: Pondo em prática a teoria da relatividade especial, através da contagem de galáxias

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta imagem feita a partir de uma composição de exposições captadas entre Setembro de 2003 e Janeiro de 2004 pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra quase 10.000 galáxias na mais profunda imagem de luz visível do cosmos, atravessando milhares de milhões de anos-luz.
Crédito: NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), Equipa HUDF

Os cientistas que estudam o cosmos têm uma filosofia favorita conhecida como o “princípio da mediocridade”, o que, na sua essência, sugere que a Terra não é realmente nada especial, nem o Sol, nem a nossa Via Láctea, em comparação com o resto do Universo.

Agora, uma nova investigação realizada na Universidade do Colorado, em Boulder, EUA, acrescentou mais uma evidência ao caso da mediocridade: as galáxias estão, em média, em repouso em relação ao Universo primitivo. Jeremy Darling, professor de astrofísica na mesma universidade, publicou recentemente esta descoberta cosmológica na revista The Astrophysical Journal Letters.

“O que esta investigação nos diz é que temos um movimento engraçado, mas esse movimento engraçado é consistente com tudo o que sabemos sobre o Universo – não há nada de especial a acontecer aqui,” disse Darling. “Não somos especiais como uma galáxia ou como observadores.”

Há cerca de 35 anos, os cientistas descobriram o fundo cósmico de micro-ondas, que é a radiação electromagnética deixada pela formação do Universo durante o Big Bang. O fundo cósmico de micro-ondas parece mais quente na direcção do nosso movimento e mais frio para longe da direcção do nosso movimento.

A partir deste brilho do Universo primitivo, os cientistas podem inferir que o Sol – e a Terra em órbita – está a mover-se numa determinada direcção, a uma certa velocidade. Os investigadores descobrem que a nossa velocidade inferida é uma fracção de um por cento da velocidade da luz – pequena, mas não zero.

Os cientistas podem testar independentemente esta inferência contando as galáxias que são visíveis da Terra ou somando o seu brilho. Podem fazê-lo em grande parte graças à teoria da relatividade especial de Albert Einstein de 1905, que explica como a velocidade afecta o tempo e o espaço.

Nesta aplicação, uma pessoa na Terra olhando para o Universo numa direcção – a mesma direcção em que o Sol e a Terra se estão a mover – deveria ver galáxias mais brilhantes, mais azuis e mais concentradas. Da mesma forma, ao olhar na direcção contrária, a pessoa deveria ver galáxias mais escuras, avermelhadas e mais espaçadas.

Mas quando os investigadores têm tentado contar galáxias nos últimos anos – um processo que é difícil de fazer com precisão – eles chegaram a números que sugerem que o Sol está a mover-se muito mais depressa do que se pensava anteriormente, o que está em desacordo com a cosmologia padrão.

“É difícil contar galáxias em todo o céu – normalmente está-se preso a um hemisfério ou menos,” disse Darling. “E, além disso, a nossa própria Galáxia incomoda a contagem. Tem poeira que faz com que contemos menos galáxias e fá-las parecer mais fracas.”

Darling ficou intrigado e perplexo com este puzzle cosmológico, por isso decidiu investigar por si próprio. Ele também sabia da existência de dois levantamentos recentemente divulgados que poderiam ajudar a melhorar a exactidão de uma contagem de galáxias – e a esclarecer o mistério da velocidade: o VLASS (Very Large Array Sky Survey) no estado norte-americano do Novo México, e o RACS (Rapid Australian Square Kilometer Array Pathfinder Continuum Survey) na Austrália

Juntos, estes levantamentos permitiram a Darling estudar todo o céu juntando vistas dos hemisférios norte e sul. Os novos levantamentos também utilizaram ondas de rádio, o que tornou mais fácil “ver” através da poeira da Via Láctea, melhorando assim a visão do Universo.

Quando Darling analisou os levantamentos, descobriu que o número de galáxias e o seu brilho estava em perfeito acordo com a velocidade que os investigadores tinham anteriormente inferido a partir do fundo cósmico de micro-ondas.

“Encontramos uma direcção brilhante e uma direcção ténue – encontramos uma direcção onde há mais galáxias e uma direcção onde há menos galáxias,” disse. “A grande diferença é que se alinha com o Universo primitivo do fundo cósmico de micro-ondas e tem a velocidade certa. A nossa cosmologia está saudável.”

Dado que as descobertas de Darling diferem de resultados passados, o seu trabalho irá provavelmente suscitar alguns estudos de seguimento para confirmar ou contestar os seus resultados.

Mas para além de impulsionar o campo da cosmologia, os resultados são um bom exemplo, no mundo real, da teoria especial da relatividade de Einstein – e demonstram como os investigadores ainda estão a pôr a teoria em prática, mais de 100 anos após o famoso físico a ter proposto pela primeira vez.

“Adoro a ideia de que este princípio básico de que Einstein nos falou há muito tempo é algo que se pode ver,” disse Darling. “É uma coisa realmente esotérica que parece super-estranha, mas se sairmos e contarmos galáxias, podemos ver este efeito giro. Não é tão esotérico ou estranho como se possa pensar.”

Astronomia On-line
7 de Junho de 2022