É muita coisa não é mesmo? E a gente nem está vendo o céu completo. Imagina conseguir ver o céu inteiro numa imagem de campo profundo desse tipo. Tem muita coisa no Universo, tanto que a gente sequer consegue quantificar na nossa mente o número de galáxias e estrelas que existem.

Figura1: Imagem de Campo Profundo do Hubble. Créditos: NASA, ESA, H. Teplitz and M. Rafelski (IPAC/Caltech), A. Koekemoer (STScI), R. Windhorst (Arizona State University), and Z. Levay (STScI)

Não vemos tudo

Mas, e se eu te disser que toda essa matéria em forma de estrelas junto com o gás que existe nas galáxias são apenas 4% de toda matéria que existe no Universo? Tudo que a gente consegue ver através de imagens em diferentes comprimentos de onda como o rádio, infra-vermelho e raios-X, por exemplo, não chega nem a 5% de tudo que existe no Universo. É como se dos 100 ingredientes que formam o universo, apenas 4 deles são coisas que a gente conhece. São o que chamamos de matéria ordinária ou matéria bariônica. Matéria bariônica é tudo aquilo que é formado por bárions: os prótons, nêutrons e elétrons, além de gás, poeira, fótons e neutrinos.

Cadê o resto?

Bom, mas e o resto? Cadê o resto dos ingredientes? O que eles são? Em um post anterior, eu falei com vocês sobre a história do Universo e chegamos até o ponto em que falamos da sua composição. A maior parte do conteúdo material do Universo é escuro: energia e matéria escuras. Escuras porque não sabemos do que são constituídas, mas entendemos os efeitos que elas causam. Sabemos também a proporção em que devem existir: cerca de 70% de energia escura para fazer a expansão do Universo hoje ser acelerada e 26% de matéria escura para explicar como as “coisas” estão organizadas no Universo, ou seja, como e onde as galáxias estão aglomeradas.

Matéria Escura

Figura 2: Charge. Todos perguntam “O que é a matéria escura?” e “Onde está a matéria escura?” Mas ninguém pergunta “Como está a matéria escura?”

A primeira evidência da existência da matéria escura veio a partir de estudos do astrônomo Fritz Zwicky, em 1933. Ao aplicar o teorema do virial para estudar o aglomerado de Coma, Zwicky deveria obter como resultado uma diminuição na velocidade de rotação das galáxias das partes mais externas do aglomerado em detrimento das galáxias mais centrais. Todavia, ele observou que as galáxias mais externas se moviam tão rápido quanto as centrais. Para que isso fosse possível, deveria existir mais matéria nas partes mais externas do que a matéria observada (matéria luminosa). Em outras palavras, toda matéria que emite luz: estrelas, gás e poeira, não é suficiente para explicar a velocidade de rotação das galáxias dentro do aglomerado. Deve existir uma matéria que não conseguimos ver mas que está ali fazendo as coisas se moverem mais rápido.

Vera Rubin, a rainha das galáxias

Figura4: Vera Rubin. Créditos: The Washington Post

Figura 3: Curva de rotação de galáxias espirais. Em azul (A), a curva de rotação calculada usando as equações de Newton, vermelho (B), a curva de rotação observada em função da distância das estrelas em relação ao centro da galáxias. Crédito : www.astronoo.com

Outra importante evidência da existência de matéria escura veio a partir da contribuição de Vera Rubin, uma astrônoma estadunidense pioneira no estudo de curvas de rotação de galáxias espirais. A Vera Rubin junto com o colega Kent Ford, estudaram a galáxia de Andrômeda, nossa vizinha, e observaram que as estrelas mais externas da galáxias giravam tão rápido quanto as estrelas centrais. Isso ia contra as leis de Newton, assim como observado por Zwicky anteriormente. Portanto, a Vera Rubin comprovava a existência da matéria escura que, apesar de ser invisível, influenciava no movimento das estrelas devido a interação gravitacional.

Lentes gravitacionais

Desde então, sabemos que precisamos da matéria escura pra explicar essas e outras observações astronômicas. Outro exemplo é o efeito de lentes gravitacionais, que ocorre quando a luz é desviada ao passar por uma região muito massiva do espaço-tempo. Logo, se em um aglomerado de galáxias temos matéria escura além da matéria luminosa, a luz deve ser defletida ao passar por essa região e provocar o efeito de lenteamento: que pode ser desde imagens múltiplas até arcos gravitacionais (como mostra a figura 5 abaixo).

Figura 5: Aglomerado de galáxias Abell 370, localizado a 4 bilhões de anos-luz de distância. Além de uma enorme quantidade de galáxias, existem arcos de luz azul. Esses arcos são, na verdade, imagens distorcidas de galáxias que estão atrás do aglomerado.

Figura 6: Imagem combinada do aglomerado de Bala. Vemos, em vermelho, a distribuição de matéria bariônica, vista a partir da emissão em raios-X e a matéria escura em azul, vista a partir do efeito de lenteamento gravitacional.

O aglomerado de Bala

Por fim, vamos falar um pouco sobre a melhor evidência de matéria escura que temos até hoje: o aglomerado de Bala (do inglês, Bullet Cluster). Esse aglomerado é, na verdade, o resultado da colisão de dois aglomerados de galáxias. Lembre-se que nos aglomerados de galáxias temos estrelas, gás e matéria escura.

Durante a colisão, as estrelas das galáxias observadas na faixa de luz visível não são afetadas pela colisão – apesar do aglomerado colidir, as estrelas são no máximo desviadas por efeitos gravitacionais. Olhando na faixa dos raios-X, conseguimos ver o gás quente que existe nos aglomerados. Os gases, por sua vez, interagem eletromagneticamente durante a colisão, de tal forma que se movem mais lentamente do que as estrelas. Finalmente, a componente de matéria escura é detectada indiretamente devido aos efeitos de lenteamento gravitacional dos objetos de fundo. Isso confirma e reforça o fato de que a matéria escura interage apenas gravitacionalmente.

Espero que o lado escuro tenha ficado mais claro para vocês. Nos encontramos no próximo post para falar sobre a energia escura.

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A descoberta desses sinais de vida potenciais foi baseada na detecção de moléculas carbonadas na atmosfera do planeta, incluindo metano e C2, bem como uma possível presença de dimetil sulfeto, uma molécula associada à vida na Terra. O professor Madhusudhan, líder deste estudo, compartilhou detalhes fascinantes sobre essa descoberta e suas implicações.

A detecção dessas moléculas, especialmente do dimetil sulfeto, despertou o interesse da comunidade científica devido ao seu potencial como biomarcador, indicando a presença de vida em outros planetas. Enquanto a análise dos dados está em andamento, o professor Madhusudhan expressou cauteloso otimismo sobre a possibilidade de vida extraterrestre, estimando as chances em 50/50 com base nas evidências disponíveis e nas teorias existentes. Essa descoberta, se confirmada, representaria um marco significativo na busca por vida fora do nosso sistema solar.

O processo de pesquisa e análise desses dados envolve um rigor científico extremo, com meses de trabalho dedicado à verificação e confirmação dos resultados. Para o professor Madhusudhan e sua equipe, a responsabilidade de apresentar descobertas tão monumentais é acompanhada pela necessidade de garantir a precisão e a validade dos dados. O impacto potencial dessa descoberta transcende os limites da astrofísica, pois coloca a humanidade diante da possibilidade de responder a uma das questões mais antigas e profundas: estamos sozinhos no universo?

Ao discutir sua reação inicial à descoberta potencial de vida alienígena, o professor Madhusudhan compartilhou sua experiência de uma semana de insônia, refletindo sobre a enormidade do que poderia estar em jogo. No entanto, ele enfatizou a importância de proceder com cautela e método científico, reconhecendo que cada passo em direção à verdade é significativo, mesmo que não leve a uma conclusão imediata e definitiva.

À medida que a comunidade científica aguarda os resultados finais da análise dos dados do Telescópio Espacial James Webb, o professor Madhusudhan enfatiza a importância do processo gradual e meticuloso de busca por respostas. Embora a descoberta de vida extraterrestre não seja garantida, cada avanço científico nos aproxima da compreensão do nosso lugar no universo e da possibilidade de encontrar companhia em outros mundos distantes.

A ciência frequentemente confronta questões complexas e desconhecidas e é trabalho dos pesquisadores – como o professor Madhusudhan – nos lembra da beleza e da importância da busca pelo conhecimento. Independentemente do resultado final, a jornada científica em direção à descoberta de vida além da Terra continua a inspirar e fascinar pessoas ao redor do mundo.

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Os primeiros minutos

Algum mecanismo, ainda desconhecido, desencadeou a expansão do Universo.  Uma expansão rápida o suficiente para que seu tamanho aumentasse muito em frações de segundos. Como se uma bola de assopro fosse cheia com uma bomba super potente. À medida em que expandia, a matéria e radiação resfriaram o suficiente para que os quarks  pudessem formar os elétrons, prótons e nêutrons. Além disso, durante os primeiros 3 minutos de existência do Universo a temperatura havia diminuído o suficiente para formar os elementos leves como Hidrogênio, Hélio e um pouco de Lítio.  Os elementos mais pesados foram formados mais tarde, em núcleos de estrelas, no que chamamos de nucleossíntese estelar.

A Radiação Cósmica de Fundo

Radiação Cósmica de Fundo

Ora, o processo de expansão permitiu que o Universo resfriasse o suficiente para que a radiação pudesse viajar livremente sem interagir mais com os elétrons, período que chamamos de recombinação ou desacoplamento. Essa radiação chega até nós hoje na faixa de micro-ondas e recebe o nome Radiação Cósmica de Fundo (RCF). Ela foi observada, em 1965, por dois astrônomos, Arno Penzias e Robert Wilson, enquanto testavam uma antena de rádio. Eles mediram um sinal que vinha de todas as direções do céu. Após descartar a possibilidade de ser causado pela presença de sujeira das antenas ou outra contaminação, o sinal foi associado com as predições feitas pelo físico George Gamow, sobre uma radiação de origem primordial. Por essa descoberta, Penzias e Wilson ganharam o prêmio Nobel de 1978.

O primeiro telescópio

Luas de Júpiter observadas por Galileu.

Nossa viagem ao longo da história do Universo pode estar ficando um pouco confusa e complexa, então vamos com calma. Como surgiu essa ideia de que o Universo começou com uma grande expansão? Lembrem-se que hoje é comum o uso de telescópios e que, por causa deles, sabemos que existem outras galáxias além da nossa. Mas nem sempre foi assim, não tínhamos esse conhecimento 3 ou 4 séculos atrás. Até chegarmos nos telescópios que utilizam o famoso Dispositivo de Carga Acoplada (câmeras CCD), passamos por instrumentos rudimentares como a luneta de Galileu, telescópios que registravam as imagens em placas de vidro, em filmes fotográficos, até os modelos mais modernos.

Universo em expansão

Relação velocidade-distância entre nebulosas extra galácticas.

Portanto, foi a partir do uso comum dos telescópios que pudemos observar cada vez mais longe e chegar a conclusão de que o Universo vai muito além do que achávamos. No início do século 20, o astrônomo Edwin Hubble observou diversas galáxias. As técnicas disponíveis naquela época permitiram que ele medisse a distância e a velocidade dessas galáxias. A partir disso, ele construiu uma relação mostrando que quanto mais distante uma galáxia estava, mais rápido ela se afastava de nós – o Universo estava em expansão! Assim sendo, foi intuitivo pensar que tudo deveria vir de uma origem em comum.

Universo em expansão.

Voltando na seta do tempo.

O modelo cosmológico padrão

Um Universo em expansão é aceitável e está em acordo com a Teoria da Relatividade Geral (TRG), proposta por Albert Einstein em 1917. O sucesso da TRG é notável desde sua primeira confirmação observacional, em 1919, durante um eclipse solar em Sobral no Ceará. E mais recentemente através da observação das ondas gravitacionais. Todavia, o que abalou a comunidade científica no final do século passado foi o fato de que observações de Supernovas do tipo Ia, RCF e catálogos de galáxias, por exemplo, indicavam que estamos em uma fase de expansão acelerada. E isso não é algo intuitivo, pois a gravidade, que tem poder atrativo, não pode fazer as coisas se afastarem. Podemos então perguntar: o que há além?

Na tentativa de explicar aceleração e manter a TRG válida, devemos incluir uma componente extra de energia, a energia escura (EE), que possui pressão negativa. Além disso, precisamos de uma componente adicional de matéria, a Matéria Escura (ME), para explicar as curvas de rotação de galáxias e efeitos de lentes gravitacionais. Com essas duas componentes extras completamos a história do Universo: para quem tem pressa, construindo o cenário do Modelo Cosmológico Padrão (MCP). Um modelo que é baseado na TRG como teoria de gravidade, possui matéria padrão (prótons, elétrons e nêutrons), radiação, matéria escura e energia escura, e que apresenta um ótimo acordo com as observações astronômicas. 

O preço a ser pago é desconhecer a origem da EE e ME. Conhecemos seus efeitos mas somos ignorantes quanto a sua composição. Desta forma, podemos dizer que existem falhas no MCP? Sim. Porém, existem diversas alternativas para explicar a aceleração cósmica sem recorrer a uma componente exótica de energia. Mas essa é uma conversa que fica para outro dia, por hoje é tudo pessoal.

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Cada dia mais conectado ao Ser. 

Porque a essência é a dádiva.

E as máscaras são apenas sombras de nós mesmos. 

Sombras estas que escondem o enorme poder que existe dentro de nós.

E nos culpamos por sermos imperfeitos.

E nos julgamos desnecessariamente por acreditarmos que não estamos dentro do padrão. Mas eu lhe pergunto: Que padrão é este que nos foi imposto ? Porque seguir a boiada ? Porque se sentir inferior ? 

Não precisamos de mais nada: Já Somos (Ser)! Nascemos para a felicidade, para a abundância, para a missão de partilhar a melhor versão de nós mesmos. 

Você se ama ? Você se limita ? Você realmente se sente feliz e satisfeito de estar dentro da caixinha da zona de conforto ? 

Escolhas e Prioridades! 

O melhor é ser como beija-flor, voar sem pestanejar, sorrir sem economizar, embelezar sem desagregar, ser verbo sem limitar. Empoderar e Transformar!

E aqui parafraseando sem parar pra pensar, eu levo a vida a rimar, a sorrir e a Amar. 

Porque a vida é um Sopro, e eu só quero é ser Feliz para Compartilhar.

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