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Lei de Hubble

Lei de Hubble. Versão original criada por Sal Khan.

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Transcrição de vídeo

RKA4JL - Bem-vindos a mais uma aula da Khan Academy Brasil. Em muitos vídeos, falamos sobre como cada objeto interestelar está se afastando da Terra e também falamos sobre como quanto mais longe algo está da Terra, mais rápido ele se move. Neste vídeo vou colocar um pouco de números por trás disso, ou ainda melhor, vou conceituar sobre o que estivemos falando. Uma maneira de pensar é que, se estivesse em um estágio inicial do universo, eu escolheria alguns pontos. Então esse é um ponto, outro ponto, outro ponto, outro ponto. Vou escolher nove pontos para ter uma grade adequada. Isso está em um estágio inicial do universo. Se avançarmos alguns bilhões de anos, e eu claramente não estou desenhando em escala, todos esses pontos se afastaram uns dos outros. Logo, este ponto está bem aqui... Na verdade, vou desenhar outra coluna apenas para deixar mais claro. Portanto, se avançarmos alguns bilhões de anos, o universo se expandiu, e assim tudo se afastou de tudo. Vou codificar um pouco por cores. Vou deixar este ponto em rosa. Então este ponto é o ponto rosa, que está aqui agora. Este ponto verde agora se afastou do ponto rosa e este ponto azul se afastou do ponto rosa naquela direção. Poderíamos continuar. Este ponto amarelo talvez esteja aqui, agora. Acho que você entendeu a ideia geral. Eu vou apenas desenhar os outros pontos amarelos. Então eles se afastaram uns dos outros e não há centro aqui. Tudo está se expandindo para longe das coisas próximas a ele. O que você pode ver aqui não é apenas que isso se expandiu para longe disso, e isso se expandiu ainda mais, porque teve essa expansão mais essa expansão. Outra maneira de pensar sobre isso é que a velocidade aparente com que algo está se expandindo vai ser proporcional à distância, porque cada ponto intermediário também está se expandindo. Apenas para revisar um pouco da visualização disso, se pensar no universo como uma folha plana e infinita, você pode imaginar que estamos pegando algum tipo de material elástico e apenas esticando-a, isso se imaginarmos um universo infinito que vai em todas as direções. Estamos apenas esticando essa folha infinita e isso não tem limites, mas ainda estamos expandindo. Outra maneira de visualizar isso é o seguinte: você pode imaginar que o universo é a superfície tridimensional de uma esfera em quatro dimensões, ou a superfície tridimensional de uma hiperesfera. Portanto, em um estágio inicial do universo, a esfera se pareceria assim. Aquele ponto rosa está bem aqui, o ponto verde está bem ali e em seguida adicionamos o ponto azul aqui. Vou desenhar o resto dos pontos amarelos, e os pontos amarelos estão aqui, todos na superfície desta esfera. Obviamente estou lidando apenas com duas dimensões. Seria quase impossível imaginar uma superfície tridimensional de uma esfera de quatro dimensões, mas a analogia é válida se esta for uma superfície do balão, ou a superfície de uma bolha, se a bolha se expandir por alguns bilhões de anos (e mais uma vez não estou desenhando em escala) portanto agora temos uma bolha maior aqui. Esta parte da superfície vai se expandir. Mais uma vez você tem seu ponto rosa, o ponto azul, o ponto verde bem aqui e vou desenhar o resto em amarelo. Então eles terão todos se expandido e se afastado um do outro na superfície desta esfera. Tenha em mente que temos aqui uma esfera e que estamos na superfície de uma esfera real. Agora vamos pensar sobre qual é a velocidade aparente que as coisas estão se movendo. Lembre-se: vamos ter que dizer não apenas a que distância as coisas estão se afastando, mas vamos dizer a que distância elas estão se afastando se o observador for a gente, dependendo de quão longe elas já estão. Então poderíamos dizer que todos os objetos estão se afastando uns dos outros e a velocidade relativa aparente é proporcional à distância. O que acabei de escrever aqui, e é por isso que escrevi, é uma formulação da lei de Hubble. Ele descobriu isso apenas observando que quando as pessoas olham, especialmente quanto mais longe as pessoas olham, mais os objetos ficam com o desvio para o vermelho. Eles não estão apenas se movendo cada vez mais rápido para longe da Terra, mas também parecem estar se afastando cada vez mais rápido um do outro. Portanto, esta é apenas uma reafirmação da lei de Hubble. A outra maneira de dizer é: de qualquer ponto, digamos, da Terra, a velocidade com que algo parece estar se movendo vai ser uma constante vezes a distância que está longe do observador. Neste caso, somos o observador e colocamos este pequeno zero. Este H é chamado Hubble. Ele é a constante, e é uma constante muito pouco constante, porque ela mudará dependendo de onde estamos na evolução do universo. Então colocamos este pequeno zero aqui e fica H0 para mostrar que essa é a constante de Hubble agora. Quando falamos sobre a distância, estamos falando sobre a distância adequada agora. Isso é muito importante porque a distância adequada muda constantemente à medida que o universo se expande. Portanto, o agora vai realmente mudar um pouco desde o início até o final deste vídeo, mas poderíamos dizer mais ou menos em relação ao nosso período atual. Quando dizemos "distância adequada" estamos falando se você realmente tivesse uma régua e pudesse usá-la para medir. Claro, não podemos fazer algo assim, mas podemos imaginar algo assim. Apenas para dar uma ideia de quão rápido as coisas estão realmente afastando, temos aqui que a constante de Hubble atual é 70,6 ± 3,1. Conseguimos ver que há alguma variação aqui, há algum erro em nossas medições reais. Continuando, a unidade dela é quilômetros por segundo por megaparsec. Lembre-se de que um parsec tem aproximadamente 3,2, ou 3,3 anos-luz. Outra maneira de pensar é: se isso está onde estamos agora no universo, se esta distância bem aqui for um megaparsec, então seria um milhão de parsecs, ou 3,26 milhões de anos-luz da Terra. Só para termos uma sensação, isso está a cerca de 3,26 milhões de anos-luz da Terra. Por isso, este objeto parecerá estar se afastando, embora não esteja se movendo no espaço. Apenas o espaço em que está estará se esticando de tal forma que parece estar se movendo com base em seu desvio para o vermelho, a 70,6 Km por segundo de distância de nós. É uma velocidade muito rápida. Mas você tem que lembrar: isso é um megaparsec. A Galáxia de Andrômeda não está nem a um megaparsec de distância. Ela está a cerca de 2,5 milhões de anos-luz da Terra. Isso é cerca de 0,7 ou 0,8 de um megaparsec. Se você olhar para um ponto no espaço um pouco mais longe do que a Galáxia de Andrômeda, ele parecerá estar agora se afastando cerca de 70,6 Km por segundo. Mas, e se você fosse olhar para algo que está a quase sete milhões de anos-luz de distância? Dois megaparsecs de distância? Então, se você olhasse para este objeto aqui, quão rápido ele estaria se afastando? Bem, se você olhar aqui, está a dois megaparsecs de distância, então vai ser o dobro disso. Você vai apenas multiplicar a distância de dois megaparsecs vezes isso. Os megaparsecs se cancelam, sua velocidade aparente será 70,6 vezes 2, que é 141,2 km por segundo. Uma pergunta que você pode fazer é: como Hubble sabia? Você pode observar o desvio para o vermelho dos objetos se afastando de nós, mas como ele sabia que eles estavam se afastando? Se você olhasse para o desvio para o vermelho desse objeto e dissesse: "Uau, esse afastamento é de 70,6 km por segundo", você deveria olhar para o desvio, para o vermelho disso e dizer: "Uau, isso está se afastando de nós a 141,2 km por segundo". Então, você também sabe que esses dois objetos estão se afastando um do outro a 70,6 km por segundo. Poderíamos continuar fazendo isso em diferentes distâncias, mas espero que isso já dê a você uma melhor ideia das coisas. Lembre-se que embora eu tenha dito que é uma distância enorme, visto que um megaparsec é mais longe do que a Galáxia de Andrômeda, e a Galáxia de Andrômeda é a grande galáxia mais próxima de nós, existem algumas galáxias menores que estão mais perto de nós, que são mais espécie de galáxia satélite em torno da Via Láctea. Porém, a Andrômeda é a grande galáxia mais próxima de nós. Também sabemos que estamos falando de centenas de bilhões de galáxias apenas no universo observável. Então, à medida que você se aproxima da borda do universo observável, de forma muito rápida, a distância aparente pela qual as coisas se movem e estão se afastando de nós começam a se tornar bastante significativas. E aí, gostou da nossa aula? Ficamos por aqui. Até a próxima!