Para mapear o universo, os astrônomos unem medidas de distância para objetos cada vez mais distantes, como subir degraus em uma escada cósmica.

Quando os humanos olham para o céu noturno, eles naturalmente fazem a pergunta: a que distância está esse planeta, ou aquela estrela, ou aquela galáxia? A distância é uma das medidas mais fundamentais que os astrônomos fazem, mas também é uma das mais desafiadoras. Felizmente, os astrônomos têm uma ferramenta vital para ajudá-los a responder à pergunta central: até onde? Essa ferramenta é a escada da distância cósmica.

A escada de distâncias cósmicas permite aos astrônomos medirem grandes distâncias com segurança. Crédito: NASA / JPL-Caltech

Essa escada tem “degraus” de objetos com certas propriedades que permitem aos astrônomos medir com segurança sua distância. Pular para cada degrau subsequente depende de métodos para medir objetos que estão cada vez mais distantes, para próxima etapa subsequente pegando carona na anterior. Por exemplo, uma vez que os astrônomos medem a distância até uma galáxia usando um degrau, eles podem medir a distância usando o próximo degrau e combinar os dois. Isso permite que eles se movam para fora e meçam distâncias ainda maiores, degrau por degrau.

Você pode gostar de:

• Conheça Henrietta Leavitt, a mulher que nos deu uma escala universal
• O que é a constante de Hubble?
• A morte do Sol pode significar nova vida no sistema solar exterior
• O que é um equinócio?

Intensificando

Parallax fornece as distâncias para estrelas próximas. É assim que o Hipparcos e agora a espaçonave Gaia mapeiam a Via Láctea. Este método se baseia em observar as estrelas próximas conforme elas parecem se mover contra o fundo de estrelas mais distantes, que parecem fixas. Comparando a posição aparente de uma estrela hoje com sua posição aparente seis meses atrás, os astrônomos podem calcular a distância. Mas esse é o problema, só funciona para estrelas que estão próximas o suficiente para parecerem se mover contra o fundo mais distante. Com a tecnologia atual, a paralaxe pode medir distâncias das estrelas até algumas dezenas de milhares de anos-luz de distância.

Mas isso nem mesmo cobre toda a Via Láctea, que tem pelo menos 100.000 anos-luz de ponta a ponta. O próximo degrau é feito de estrelas variáveis chamadas Cefeidas e RR Lyraes, que mudam de brilho com o tempo. A física determina que todas as estrelas RR Lyrae têm o mesmo brilho porque compartilham uma idade e massa específicas e bem conhecidas. Variáveis cefeidas, por outro lado, têm brilhos diferentes. Mas essas estrelas quentes e massivas cintilam a uma taxa associada ao seu brilho, independentemente da distância que estejam. Tudo o que os astrônomos precisam fazer é medir a rapidez com que uma Cefeida clareia e escurece para calcular o quanto ela deve brilhar. E essas estrelas variáveis não são vistas apenas em nossa galáxia. Os astrônomos podem localizá-las nas vizinhanças da Via Láctea, incluindo a Galáxia de Andrômeda, a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância, e o aglomerado de Virgem, a cerca de 50 milhões de anos-luz de distância.

As estrelas RR Lyrae piscam ao longo de cerca de 12 horas nesta imagem do telescópio espacial Hubble do aglomerado globular M3. Crédito: Judy Schmidt

Mas nem todas as estrelas são variáveis. Felizmente, existem outras maneiras de usar estrelas como degraus na escada de distância. Em vez de observar estrelas isoladas, os astrônomos podem, por exemplo, olhar para todas as estrelas em um aglomerado globular, que são bolas de sóis compactadas que se formaram ao mesmo tempo. Elas podem ser vistas ao redor da Via Láctea, bem como ao lado de outras galáxias próximas e distantes. Primeiro, os astrônomos colocam cada estrela do aglomerado em um diagrama de Hertzsprung-Russell (HR), que representa o brilho e a cor de uma estrela (que está relacionado à temperatura). Ao comparar onde certos tipos de estrelas caem no diagrama com onde estrelas semelhantes a uma distância conhecida se encontram, os astrônomos podem usar a diferença para medir a distância até o aglomerado.

Longe

Mas, à medida que as galáxias se distanciam, os telescópios não conseguem distinguir suas estrelas individualmente, da mesma forma que as letras em um mapa ocular ficam mais confusas à medida que ficam menores. Eventualmente, as estrelas não podem mais ser usadas como degraus na escada. Para medir as galáxias mais distantes, os astrônomos precisam contar com objetos extremamente brilhantes, capazes de brilhar por vastas distâncias. O objeto mais comumente usado é chamado de supernova Tipo Ia. Acredita-se que seja a explosão de uma anã branca, remanescente de uma estrela semelhante ao Sol, quando ultrapassa um certo limite de peso. Devido às propriedades físicas das anãs brancas, elas não podem pesar mais do que cerca de 1,4 vezes a massa do nosso sol. Mas as anãs brancas em sistemas estelares binários podem roubar matéria de suas companheiras, derrubando a balança e fazendo com que explodam. Como sempre explodem no mesmo ponto, as supernovas Tipo Ia sempre têm aproximadamente o mesmo brilho - e são muito brilhantes, visíveis a distâncias de cerca de 10 bilhões de anos-luz ou mais.

Supernovas do tipo Ia ocorrem quando uma anã branca cruza um limite de peso, causando sua explosão. Crédito: NASA / JPL-Caltech

O degrau mais alto na escada da distância cosmológica é o redshift. Os astrônomos medem esse valor dividindo toda a luz de uma galáxia pelo comprimento de onda, chamado de espectro. Cada elemento ou molécula deixa impressões digitais diferentes nesse espectro, que aparecem em comprimentos de onda muito específicos. Mas se uma galáxia está se afastando de nós, sua luz é esticada. Os comprimentos de onda dessas impressões digitais químicas mudam e a quantidade em que mudaram, ou se tornaram mais vermelhas, é chamada de desvio para o vermelho da galáxia. A mudança está relacionada à distância da galáxia pela lei de Hubble, que afirma que quanto mais longe uma galáxia está da Terra, mais rápido ela se afasta de nós conforme o universo se expande. Medindo o desvio para o vermelho permitiu aos astrônomos localizar algumas das primeiras galáxias conhecidas, que brilham a mais de 13 bilhões de anos-luz de distância.

Fonte: Astronomy