Raio do universo observável

RKA4JL - Olá! Bem-vindos a mais uma aula da Khan Academy Brasil. Nesta aula vamos falar sobre o raio do universo observável. Atualmente, a melhor estimativa de quando o Big Bang ocorreu... (E mais uma vez, eu não gosto muito desse termo, pois implica algum tipo de explosão, mas é na verdade um tipo de expansão do espaço). Então, continuando, quando o espaço realmente começou a expandir de uma singularidade, nossa melhor estimativa de quando isso ocorreu é 13,7 bilhões de anos atrás. Apesar de estarmos acostumados a lidar com números na casa dos bilhões, especialmente quando falamos sobre grandes quantias de dinheiro, entre outras coisas, essa é uma quantidade de tempo inacreditável. Parece como algo que é manipulável, mas na verdade não é. Em vídeos futuros eu vou falar sobre as escalas de tempo, então você poderá ver que nós não conseguimos entender quanto são 13,7 bilhões de anos. Eu também quero enfatizar que esta é melhor estimativa atual. Mesmo ao longo da vida, quando eu soube do Big Bang e comecei a prestar atenção em qual era a melhor estimativa de tempo, percebi que esse número costuma variar. Então eu suspeito que no futuro ele possa ficar bem mais preciso, ou possa ser um pouco alterado. Mas esse número que temos agora é o nosso melhor palpite. Agora eu quero pensar sobre o que isso nos diz a respeito do tamanho do universo observável. Se toda a expansão do universo começou há 13,7 bilhões de anos, e tudo que conhecemos do nosso universo tridimensional estava em um único ponto, o mais longo tempo que qualquer fóton de luz poderia estar viajando para nos alcançar agora... Primeiro, vejamos. Aqui temos um olho. Se temos algum fóton de luz que esteja apenas chegando ao meu olho, ou talvez esteja apenas chegando à lente de um telescópio, o tempo mais longo que ele pode viajar é 13,7 bilhões de anos. A dois ou três vídeos atrás, quando eu estava falando do universo observável, desenhei um círculo. Era este círculo aqui. Quando nós vemos a luz vinda de objetos remotos, ela está chegando a nós bem aqui, que é onde estamos, e aqui é onde acredito, nessa figura, que o objeto remoto estava. Mas a luz daquele objeto remoto só agora está chegando para nós. Isso quer dizer que a luz levou 13,7 bilhões de anos para chegar até nós. Porém, você não ouviu bem? Não se pode dizer que esse objeto aqui está a 13,7 bilhões de anos-luz de distância. Se estivermos falando de escalas de tempo menores, ou distâncias menores, você poderia dizer "aproximadamente isso". A própria expansão do universo não faria tanta diferença. Eu estou falando sobre um objeto ali, mas nós podemos até mesmo falar daquela coordenada no espaço. Devemos dizer "coordenada no espaço-tempo" porque estamos vendo em um certo instante também. Mas aquela coordenada não está a 13,7 bilhões de anos-luz de distância de nossa coordenada a atual e há uma série de razões para pensar sobre isso. Primeiro, pense: a luz que foi emitida há 13,7 bilhões de anos, quando foi emitida nós estávamos muito mais próximos daquela coordenada. Essa coordenada estava muito mais próxima daquela. Onde estamos no universo, agora, estava muito mais perto daquele ponto do universo. A outra coisa para pensar é... Deixe-me desenhar. Então digamos que vamos para 300 mil anos depois da expansão inicial da singularidade. Estamos a apenas 300 mil anos dentro da história do universo, bem agora. Então isso é aproximadamente 300 mil anos dentro da vida do universo. Acho que podemos colocar dessa maneira. Digamos que naquele ponto, primeiramente naquele ponto, as coisas não haviam se diferenciado de maneiras significativas ainda, como agora. Falaremos mais sobre isso quando falarmos da radiação cósmica de fundo. Mas neste ponto o universo era um tipo quase uniforme, formado de um plasma de hidrogênio branco e quente. Mas em um vídeo futuro você verá mais sobre esse assunto. Vamos pensar sobre dois pontos nesse universo primitivo. Então, nesse universo jovem, digamos que você tem aquele ponto, e digamos que você tem a coordenada onde ele está agora. Eu não vou fazer no centro porque acredito que fica mais fácil de visualizar se não estiver no centro. Digamos que nesse estágio bem inicial do universo, se pudesse pegar uma régua e instantaneamente medir isso, você mediria essa distância, que seria 30 milhões de anos-luz. Digamos que, bem, neste ponto este objeto rosa, bem aqui, emite um fóton, talvez na faixa de frequência das micro-ondas e veremos que esta é a frequência em que estavam sendo emitidos. Mas, emite um fóton. E esse fóton está viajando na velocidade da luz. Ele é luz. Então, esse fóton diz: "Ah, sabe de uma coisa? Eu só preciso viajar 30 milhões de anos-luz. Não é tão ruim. Eu vou chegar lá em 30 milhões de anos." A matemática é realmente mais complicada do que eu estou fazendo aqui, mas eu quero dar uma ideia do que está acontecendo. Digamos que esse fóton diga: "Sabe, em mais ou menos 10 milhões de anos, eu devo estar aproximadamente naquela coordenada. Eu devo estar mais ou menos a um terço da distância." Mas o que acontece no curso desses 10 milhões de anos? Bem, nesses 10 milhões de anos o universo se expandiu. O universo expandiu, talvez, um montão. Então eu vou desenhar o universo expandido. Depois de 10 milhões de anos, o universo deve parecer assim. O universo pode ter se expandido um bocado. Então isso é 10 milhões de anos para o futuro. Em uma escala de tempo cosmológica, isso ainda é a infância do universo, porque estamos falando de 13,7 bilhões de anos. Por isso, digamos que se passaram 10 milhões de anos. O universo expandiu. Esta coordenada, de que estamos falando agora, está bem aqui. Aquela coordenada onde o fóton foi originalmente emitido está, agora, colocada bem aqui, e aquele fóton diz: "Ok, depois de 10 milhões de anos-luz eu vou estar bem ali." Você sabe, eu estou aproximando e fazendo de uma maneira bem simplificada, pois eu quero apenas dar a você uma ideia. Então aquela coordenada, grosso modo, onde o fóton chega em 10 milhões de anos, está aproximadamente aqui. O universo inteiro expandiu. Todas as coordenadas ficaram mais afastadas e o que acaba de acontecer aqui? O universo expandiu. A distância, que era 30 milhões de anos-luz, agora (e eu estou apenas trazendo números aproximados) essa distância, agora, não é mais 30 milhões de anos-luz. Talvez seja 100 milhões. Então isso, agora, é 100 milhões de anos-luz porque o universo está expandindo. O espaço está, na verdade, se espalhando. Você pode imaginar como uma cama elástica, ou a superfície de um balão esticando cada vez mais. Então essa coordenada onde a luz está depois de 10 milhões de anos, ou seja, depois de ter viajado por 10 milhões de anos, foi a uma distância muito maior. Talvez essa distância, agora, seja 20 milhões de anos-luz, porque toda vez que se moveu a alguma distância, o espaço que ela atravessou agora está esticado. Então, mesmo que tenha viajado por 10 milhões de anos, o espaço que ela atravessou não é mais apenas 10 milhões de anos-luz. Ele, agora, esticado para 20 milhões de anos-luz e o espaço que ainda falta atravessar não é mais apenas 20 milhões de anos-luz. Ele pode ser, agora, de 80 milhões de anos-luz. Então este fóton pode estar ficando frustrado. Há um jeito otimista de ver isso, que é como? "Nossa, eu consegui cobrir 20 milhões de anos-luz em apenas 10 milhões de anos. Parece que eu estou me movendo mais rápido que a velocidade da luz". A verdade é que não está, porque as próprias coordenadas do espaço é que estão se espalhando, estão ficando distantes. Então o fóton está se movendo na velocidade da luz, mas a distância que realmente atravessou em 10 milhões de anos é mais que 10 milhões de anos-luz. É 20 milhões de anos-luz. Então você não pode simplesmente multiplicar o tempo nessas escalas cosmológica aqui, especialmente quando as próprias coordenadas estão, na verdade, se movendo mais longe uma da outra. Mas acredito que você notou aonde isso vai. Agora, esse fóton diz: "Em outros 40 milhões de anos-luz, talvez eu esteja chegando aqui". Mas a realidade é que nos próximos 40 milhões de anos ele consigue chegar bem aqui, porque isso é 80 milhões de anos-luz. A realidade é que, depois de 40 milhões de anos, então outros 40 milhões de anos se passaram, porque, de repente, o universo se expandiu ainda mais. E então o lugar onde o fóton foi emitido poderia estar aqui e agora nossa posição atual está aqui. O lugar onde a luz chegou depois de 10 milhões de anos está, agora, aqui. E agora, onde a luz está depois de 40 milhões de anos? Talvez aqui. Então a distância entre estes dois pontos, quando nós começamos, era de 10 milhões de anos-luz e então virou 20 milhões de anos-luz. Talvez, agora, seja na ordem de... Não sei, talvez seja de 100 milhões de anos-luz e agora essa distância seja de, sei lá, 500 milhões de anos-luz. Talvez, agora, a distância total entre os dois pontos seja de um bilhão de anos-luz. Então como pode ver, o fóton pode estar ficando frustrado. Conforme cobre mais e mais distâncias, ele olha para trás e diz: "Nossa, em apenas 50 milhões de anos eu pude cobrir 600 milhões de anos-luz. Isso é muito bom". Mas fica frustrado porque o que pensava que tinha de cobrir, 30 milhões de anos-luz, fica esticando cada vez mais pois o espaço está esticando. Então, na realidade, voltando à ideia original, este fóton que está agora nos alcançando e que esteve viajando por, digamos, 13,4 bilhões de anos, está chegando agora. Vou adiantar: 13,4 bilhões de anos deste ponto para chegar ao dia atual. Agora eu vou desenhar o universo visível inteiro bem aqui. Este ponto bem aqui será aquele de onde foi emitido o fóton. Nós ficaremos aqui. Na verdade, vou colocar a gente no centro porque poderemos observar em distâncias iguais em qualquer direção. Então este é todo o universo observável e o fóton foi emitido daqui há 13,4 bilhões de anos. Então 300 mil anos depois do Big Bang inicial. Agora está chegando até nós. É verdade que o fóton esteve viajando por 13,7 bilhões de anos, mas o que é interessante sobre isso é que este objeto, uma vez que estivemos nos expandido mais longe um do outro, este objeto está agora, nas nossas melhores estimativas, a 46 bilhões de anos-luz de nós. Eu quero deixar bem claro que ele está agora a 46 bilhões de anos-luz de distância. Então, quando usamos apenas luz para observá-lo parece que, apenas baseados em anos-luz, essa luz esteve viajando por 13,7 bilhões de anos para nos alcançar. Essa é nossa única maneira em relação à luz para pensar em distâncias. Então talvez esteja a 13,4 bilhões de anos-luz de distância. Mas a realidade é que se tivesse hoje uma régua, tipo régua em anos-luz, você veria que o espaço se esticou tanto que está agora a 46 bilhões de anos-luz. Para lhe dar uma dica, quando falamos da radiação cósmica de fundo, como que esse ponto no espaço se pareceria? Essa coisa aqui está, na verdade, a 46 bilhões de distância, mas o fóton levou apenas 13,7 bilhões de anos para chegar até nós, com o que isso vai se parecer? Bem, quando dizemos "parecer", estamos baseados nos fótons que estão chegando até nos agora. Aqueles fotos saíram há 13,4 milhões de anos. Então aqueles fótons são os fótons sendo emitidos dessa estrutura primitiva, dessa névoa quente e branca de plasma de hidrogênio. Então o que veremos é essa névoa ainda não diferenciada nos devidos átomos estáveis, muito menos em estrelas e galáxias. A realidade hoje é que esse ponto no espaço, que está a 46 bilhões de anos de agora, está provavelmente diferenciado em átomos estáveis, estrelas, planetas e galáxias. E francamente, se aquela pessoa, se houver uma civilização lá agora e eles estiverem bem ali, observando fótons sendo emitidos da nossa coordenada, do nosso ponto no espaço neste momento, eles não vão nos ver. Eles nos verão há 13,4 bilhões de anos, ou seja, verão o estado super primitivo da nossa região do espaço quando era somente um plasma branco e quente. Falaremos mais sobre isso no próximo vídeo, mas pense a respeito. Qualquer fóton que esteja vindo daquele período no tempo, de qualquer direção, que esteja viajando por 13,4 bilhões de anos, de qualquer direção, virá daquele passado primitivo, ou teria sido emitido quando o universo estava em seu estado primitivo, quando era apenas aquele plasma branco e quente, essa massa indiferenciada. E, desejavelmente, isso vai lhe dar um senso de onde vem a radiação cósmica de fundo. Essa foi a nossa aula. Espero que tenham entendido tudo e até a próxima!