Efeito Doppler e Cosmologia

writer: Daniel Matos | Minas Gerais | 04/05/2021

O efeito Dopller é a base da cosmologia moderna. Estamos acustumados a ele na física do som. Num carro que passa por nós com velocidade, o motorista aciona a buzina. Ele houve o som contínuo e fixo. Para as pessoas da parte de fora, o som vai mudando de frequência. Um carro a duzentos quilômetros por hora está quase 1/5 da velocidade do som. O som é uma sucessão de ondas no ar, uma crista e um vale, uma crista e um vale, e assim a diante. Quanto mais perto um ciclo está do outro, mais altas são a frequência e a altura do som. Se o carro estiver afastado de nós, isso "estende" as ondas sonoras, que passam a ter, de nosso ponto de vista, uma frequência mais baixa, que resulta no som mais grave que nos é familiar. Se estiver se aproximando de nós, as ondas parecem comprimir, a frequência aumenta e ouviremos um som mais agudo. Se soubermos qual é a altura do som da buzina quando está parado, poderemos deduzir sua velocidade com olhos vendados, só da mudança na altura do som.

A luz também é uma onda. Ao contrário do som, ela viaja pelo vácuo. O efeito Doppler aparece aqui também. Se em vez de buzina o carro emitisse uma luz amarela, a frequência aumentaria ligeiramente quando o carro se aproximasse e diminuiria ligeiramente quando o carro se afastasse. Em velocidades normais esse efeito seria imperceptível, mas, se o carro estivesse a uma fração da velocidade da luz, poderíamos ver como a cor da luzmuda para uma frequência mais alta, em direção ao azul, quando o carro se aproximasse de nós, e para o vermelho se o carro estivesse se afastando. Esse desvio para o vermelho, observado nas linhas do espectro de galáxias distantes e interpretado como efeito Doppler é a chave para a cosmologia.

Edwin Hubble confirmou que as nebulosas espirais vistas no céu noturno são na verdade "universos-ilha", como Huygens chamava, ou galáxias, como chamamos hoje. Hubble então, juntamente com um montador de mulas bem esperto que se tornou um observado chamado Humason, começaram a estudar o brilho das galáxias. Sabemos que quando são emitidas as luzes das galáxias, são na verdade as luzes somadas de milhões de estrelas. Também sabemos que quando a luz é emitida certas frequências de cores são absorvidas pelos átomos das camadas mais externas da estrela, assim conhecemos sua composição. A dupla descobriu que todas as galáxias distantes têm desvio para o vermelho, e quanto mais distante, mais para o vermelho era suas linhas espectrais. A explicação mais óbvia para esse desvio na linha do vermelho era dada em termos do efeito Doppler: as galáxias estavam se afastando de nós. Quanto mais dustante, maior era a velocidade de recuo. Logo, foi proposto que o não apenas as galáxias estavam se afastando como todo o universo estava em expansão, essa é a chave da cosmologia moderna.

Existem algumas outras possibilidades para o desvio para o vermelho, como resultado de alguma explosão local, mas nenhuma das outras hipóteses tem um fundamento tão sólido quanto a da expansão. Existe também o problema de algumas galáxias, bem afastaddas de nós, mesmo unidas por um braço espiral emitem uma luz com espectro para o vermelho. Isso mostra que algo de errado está acontecendo na parte mais afastada do universo, mas não temos a mínima ideia do que. A expansão do universo universo não é a única evidência do Big Bang, também existe a radiação cósmica de fundo que tem exatamente o mesmo valor em todas as direções que apontarmos, na exata intensidade que se esperaria da radiação que, depois de bilhões de anos, se esfriou. Mas, quando analisado melhor a radiação cósmica de fundo podemos ver que o nosso grupo local de galáxias está indo em direção ao aglomerado de galáxias de Virgem, onde chegaremos em 10 bilhões de anos. Será maravilhoso, Virgem tem o mais rico ocnjunto de galáxias conhecido, cheio de espirais, elípiticas e irregulares, um verdadeiro porta-joias. A pesquisa de que estamos sendo gravitacionalmente arrastados para lá rendeu o prêmio nobel a George Smoot e John Mather. Virgem tem muito mais galáxias que prevíamos e muito maiores. Essas grandes desuniformidades no tamanho das galáxias mostra como a divisão de gás e poeira depois do Big Bang que originou as galáxias era bem menos uniforme do que se pensava antes.

É muito provável que o universo venha se expandindo desde a criação, mas não temos nenhuma certeza se ele vai continuar a fazer isso. A expansão pode ir diminuindo cada vez mais, parar e se reverter. Se não existe mais matéria no universo do que a que podemos ver, então a força gravitacional não vai conseguir impedir a expansão, e ela vai ocorrer para sempre. Mas se existe bem mais matéria do que podemos ver, escondida em Buracos Negros ou algo do tipo, então o universo se manterá unido e terá um ciclo de expansão e outro de recessão. Os astrômonos de 10 bilhões de anos vão ficar deprimidos por saber que as estrelas quase não aparecem mais no céu, isso se o universo se expandir para sempre. Caso ele não se expanda para sempre, para e comece uma recessão, então não existiram astrônomos em 10 bilhões de anos, assim como nenhum ser humano. Alguns cientistas inclusive acham que terá uma inversão de tempo durante a recessão, como se nossa vida girasse invertida. Mas não temos a mínima ideia de como vai ser no caso de uma recessão, nem de até quando vai se expandir, nem se existem muita matéria escondida em buracos negros. Para mapearmos todo o universo e descobrirmos as respostas deveríamos construir um telescópio do tamanho de nosso planeta. Isso, infelizmente, não é possível ainda.

Os radiotelescópios de hoje são bem sensíveis, eles tem de ser. A radiação que um quasar manda e que é recebida na Terra é um quadrilionésiom de watt, algo muito pequeno. Isso porque a energia e a radiação vai diminuindo ao longo do percurso. Um quasar tem uma energia e uma luz como de mil supernovas, 1 sozinho poderia queimar todo o sistema solar, talvez toda a galáxia. Não conseguimos calcular as matérias que não interagem com a luz ou são muitos pequenas, ou que estão muito longes. Apenas quando descobrirmos a natureza dos quasares, calcularmos toda a matéria existente, até mesmo a que fica dentro de buracos negros, as ondas gravitacionais e a radiação cósmica de fundo aí sim entenderemos em que universo vivemos.

Fonte: Cosmos, Carl Sagan(livro)

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