Qual o tamanho do universo ao nosso redor? O que podemos observar nos dá uma resposta, mas provavelmente é muito maior do que isso.

Qual o tamanho do universo? Esta ilustração mostra os estágios de como o universo já se expandiu ao longo do tempo. Crédito da imagem: MARK GARLICK/SCIENCE PHOTO LIBRARY via Getty Images

Quão grande é o universo? É uma das questões fundamentais da astronomia. Ao procurar o ponto observável mais distante da Terra (e, por extensão, o mais antigo, dada a velocidade da luz), podemos estimar um diâmetro. 

Graças à evolução da tecnologia, os astrônomos podem olhar para trás no tempo para os momentos logo após o Big Bang. Isso pode parecer implicar que todo o universo está dentro de nossa visão. Mas o tamanho do universo depende de várias coisas, incluindo sua forma e expansão.

Como resultado, embora possamos fazer estimativas quanto ao tamanho do universo, os cientistas não podem colocar um número nele.

O UNIVERSO OBSERVÁVEL

Em 2013, a missão espacial Planck da Agência Espacial Europeia lançou o mapa mais preciso e detalhado já feito da luz mais antiga do universo. O mapa revelou que o universo tem 13,8 bilhões de anos. Planck calculou a idade estudando a radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

“A luz cósmica de fundo em micro-ondas é um viajante de muito longe e de muito tempo atrás”, disse Charles Lawrence, cientista do projeto dos EUA para a missão no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia, em um comunicado. "Quando chega, nos conta sobre toda a história do nosso universo."

Por causa da conexão entre a distância e a velocidade da luz, isso significa que os cientistas podem observar uma região do espaço que fica a 13,8 bilhões de anos-luz de distância. Como um navio no oceano vazio, os astrônomos na Terra podem girar seus telescópios para observar 13,8 bilhões de anos-luz em todas as direções, o que coloca a Terra dentro de uma esfera observável com um raio de 13,8 bilhões de anos-luz. A palavra "observável" é fundamental; a esfera limita o que os cientistas podem ver, mas não o que está lá.

Mas embora a esfera pareça ter quase 28 bilhões de anos-luz de diâmetro, ela é muito maior. Os cientistas sabem que o universo está se expandindo. Assim, enquanto os cientistas podem ver um ponto que fica a 13,8 bilhões de anos-luz da Terra na época do Big Bang, o universo continuou a se expandir ao longo de sua vida. Se a inflação ocorreu a uma taxa constante ao longo da vida do universo, esse mesmo ponto está a 46 bilhões de anos-luz de distância hoje, de acordo com Ethan Siegel, escreveu para a Forbes, tornando o diâmetro do universo observável uma esfera em torno de 92 bilhões de anos-luz. 

Essas estimativas são ainda mais complicadas pela possibilidade de o universo não estar se expandindo de maneira uniforme. A ESA informou em um estudo de 2020 usando dados do XMM-Newton da ESA, do Telescópio Espacial Chandra da NASA e dos observatórios de raios-X Rosat sugere que o universo não está se expandindo na mesma taxa em todas as direções. O estudo mediu as temperaturas de raios-X de centenas de aglomerados de galáxias e comparou isso com seu brilho. Alguns aglomerados pareciam menos brilhantes do que o esperado, sugerindo que não estavam se movendo na mesma velocidade. “Este efeito possivelmente desigual na expansão cósmica pode ser causado pela misteriosa energia escura”, afirmou a ESA.

Centralizar uma esfera na localização da Terra no espaço pode parecer colocar os humanos no centro do universo. No entanto, como aquele mesmo navio no oceano, não podemos dizer onde nos encontramos na enorme extensão do universo. Só porque não podemos ver a terra não significa que estamos no centro do oceano; só porque não podemos ver a borda do universo não significa que estamos no centro do universo.

MEDINDO O UNIVERSO

Chamado de eXtreme Deep Field, ou XDF, esta foto foi montada combinando 10 anos de fotografias do Telescópio Espacial Hubble da NASA tiradas de um pedaço do céu. Imagem divulgada em 25 de setembro de 2012. Crédito da imagem: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch (Universidade da Califórnia, Santa Cruz), R. Bouwens (Universidade de Leiden) e a equipe HUDF09)(Crédito da imagem: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee e P. Oesch (Universidade da Califórnia, Santa Cruz), R. Bouwens (Universidade de Leiden) e a equipe HUDF09

Os cientistas medem o tamanho do universo de várias maneiras diferentes. Eles podem medir as ondas do universo primitivo, conhecidas como oscilações acústicas bariônicas, que preenchem o fundo cósmico de micro-ondas. Eles também podem usar velas padrão, como supernovas do tipo 1A, para medir distâncias. No entanto, esses diferentes métodos de medição de distâncias podem fornecer respostas.

Como a inflação está mudando, também é um mistério. Enquanto a estimativa de 92 bilhões de anos-luz vem da ideia de uma taxa de inflação constante, muitos cientistas pensam que a taxa está diminuindo. Se o universo se expandisse na velocidade da luz durante a inflação, deveria ser 10²³, ou 100 sextilhões. Uma explicação para isso, delineada pela NASA em 2019, é que eventos de energia escura podem ter impactado a expansão do universo nos momentos após o Big Bang.

Em vez de usar um método de medição, uma equipe de cientistas liderada por Mihran Vardanyan, da Universidade de Oxford, fez uma análise estatística de todos os resultados. Usando a média do modelo Bayesiano, que se concentra na probabilidade de um modelo estar correto com os dados, em vez de perguntar quanto do próprio modelo se ajusta melhor aos dados. Eles descobriram que o universo é pelo menos 250 vezes maior do que o universo observável, ou pelo menos 7 trilhões de anos-luz de diâmetro.

"Isso é grande, mas na verdade é mais restrito do que muitos outros modelos", de acordo com o relatório do MIT Technology Review de 2011.

A FORMA DO UNIVERSO

O tamanho do universo depende muito de sua forma. Os cientistas previram a possibilidade de o universo ser fechado como uma esfera, infinito e negativamente curvado como uma sela, ou plano e infinito.

Um universo finito tem um tamanho finito que pode ser medido; este seria o caso em um universo esférico fechado. Mas um universo infinito não tem tamanho por definição.

De acordo com a NASA, os cientistas sabem que o universo é plano com apenas cerca de 0,4% de margem de erro (a partir de 2013). E isso pode mudar nossa compreensão de quão grande é o universo.

"Isso sugere que o universo é infinito em extensão; no entanto, como o universo tem uma idade finita, só podemos observar um volume finito do universo", segundo a NASA. "Tudo o que podemos realmente concluir é que o universo é muito maior do que o volume que podemos observar diretamente."

Determinar a forma do universo apresenta outros desafios graças aos limites de nossos meios de observação. "Como uma sala de espelhos, o universo aparentemente infinito pode estar nos iludindo. O cosmos pode, de fato, ser finito. A ilusão do infinito surgiria como a luz envolvendo todo o espaço, talvez mais de uma vez, criando múltiplas imagens de cada galáxia", de acordo com o departamento de física da Universidade de Oregon.

- Nota do Editor: Artigo foi publicado em 21/06/21 e atualizado em 29/01/2022 pelo editor senior

RECURSOS ADICIONAIS E LEITURA

• Há muitas outras perguntas sobre o universo que você pode querer as respostas, como e se o universo não tivesse um começo? 
• Se sua sede de conhecimento universal precisa de mais, então essas 10 teorias malucas sobre o universo também podem deixa-lo coçando a cabeça.

BIBLIOGRAFIA

• "Missão Planck Explora a História do Nosso Universo" Laboratório de Propulsão a Jato da NASA
• "Quão grande era o universo no momento de sua criação?" Forbes
• "O universo pode não estar se expandindo na mesma taxa em todos os lugares" ESA
• "Mistério da taxa de expansão do universo se amplia com novos dados do Hubble" NASA
• "Cosmos pelo menos 250x maior que o universo visível, dizem os cosmologistas" MIT Technology Review
• "O universo é plano, e agora?" Space.com
• "O Universo se expandirá para sempre?" NASA
• "Geometria do Universo" Departamento de Física da Universidade de Oregon

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Referência:

TILLMAN, Nola Taylor; GORDON, Jonathan. How big is the universe? Space, 28, jan. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/24073-how-big-is-the-universe.html>. Acesso em: 29, jan. 2022.