Espaço, a fronteira final, o que é?

O que é espaço? Nesta imagem você pode ver a nebulosa planetária NGC 6891 brilhando nesta imagem do Telescópio Espacial Hubble. Crédito da imagem: NASA, ESA, A. Hajian (Universidade de Waterloo), H. Bond (Universidade Estadual da Pensilvânia) e B. Balick (Universidade de Washington); Processamento: Gladys Kober (NASA/Universidade Católica da América)

Muitas vezes nos referimos ao nosso universo em expansão com uma palavra simples: espaço. Mas onde começa o espaço e, mais importante, o que é?

O espaço é um vácuo quase perfeito, quase vazio de matéria e com pressão extremamente baixa. No espaço, o som não é transmitido porque não há moléculas próximas o suficiente para transmitir som entre elas. Não completamente vazios, porções de gás, poeira e outras matérias flutuam em torno de áreas "mais vazias" do universo, enquanto regiões mais populosas podem hospedar planetas, estrelas e galáxias.

De nossa perspectiva ligada à Terra, o espaço sideral é mais frequentemente considerado, começando cerca de 62 milhas (100 quilômetros) acima do nível do mar, no que é conhecido como a linha de Kármán. Este é um limite imaginário a uma altitude onde não há ar apreciável para respirar ou espalhar luz. Passando essa altitude, o azul começa a dar lugar ao preto porque as moléculas de oxigênio não estão em abundância suficiente para tornar o céu azul.

Ninguém sabe exatamente o tamanho do espaço. É difícil determinar por causa do que podemos ver em nossos detectores. Medimos longas distâncias no espaço em "anos-luz", representando a distância que a luz leva para viajar em um ano (aproximadamente 9,3 trilhões de quilômetros). 

A partir da luz que é visível em nossos telescópios, mapeamos galáxias que chegam quase tão longe quanto o Big Bang, que se acredita ter começado nosso universo há cerca de 13,8 bilhões de anos. Isso significa que podemos "ver" o espaço a uma distância de quase 13,8 bilhões de anos-luz. Mas o universo continua a se expandir, tornando a "medição do espaço" ainda mais desafiadora. 

Além disso, os astrônomos não têm certeza se nosso universo é o único que existe. Isso significa que o espaço pode ser muito maior do que pensamos.

RADIAÇÃO ESPACIAL INVISÍVEL AOS OLHOS HUMANOS

A maior parte do espaço é relativamente vazia, com apenas pequenas porções de poeira e gás flutuando. Isso significa que quando os humanos enviam uma sonda para um planeta ou asteroide distante, a nave não encontrará "arrasto" da mesma maneira que um avião faz ao navegar pelo céu.

De fato, o ambiente de vácuo no espaço e na lua é uma das razões pelas quais o módulo lunar do programa Apollo foi projetado para ter uma aparência quase de aranha, como foi descrito pela tripulação da Apollo 9. Como a espaçonave foi projetada para trabalhar em uma zona sem atmosfera, ela não precisava ter bordas lisas ou formato aerodinâmico.

Além dos pedaços de detritos que salpicam as regiões "mais vazias" do espaço, a pesquisa mostrou que essas áreas também abrigam diferentes formas de radiação. Em nosso próprio sistema solar, o vento solar, partículas carregadas que fluem do sol, emanam por todo o sistema solar e ocasionalmente causam auroras próximas aos polos da Terra. Os raios cósmicos também voam pela nossa vizinhança, provenientes de supernovas fora do sistema solar.

Na verdade, o universo como um todo é inundado com o que é conhecido como fundo cósmico de micro-ondas (CMB), que é essencialmente a radiação restante da explosão mais comumente conhecida como Big Bang. O CMB é a radiação mais antiga que nossos instrumentos podem detectar.

MATÉRIA ESCURA E ENERGIA

Restam dois mistérios gigantes sobre o espaço: matéria escura e energia escura. 

Embora os cientistas tenham fornecido extensas evidências da existência de matéria escura e energia escura, cada uma delas ainda é pouco compreendida, pois, até agora, os cientistas não podem observá-las diretamente e só podem observar seus efeitos. 

Aproximadamente 80% de toda a massa do universo é composta do que os cientistas apelidaram de “matéria escura”, mas não se sabe o que realmente é ou se é mesmo matéria pela nossa definição atual. No entanto, embora a matéria escura não emita luz ou energia e não possa, portanto, ser observada diretamente, os cientistas encontraram evidências esmagadoras de que ela compõe a grande maioria da matéria no cosmos.

A energia escura pode ter um nome semelhante à matéria escura, mas é um componente totalmente diferente. 

Acredita-se que componha quase 75% do universo, a energia escura é uma força ou entidade misteriosa e desconhecida que os cientistas pensam ser responsável pela expansão contínua do universo.

BURACOS NEGROS

Matéria girando no buraco negro supermassivo no centro da M87. Crédito da imagem: Event Horizon Telescope

Buracos negros menores podem se formar a partir do colapso gravitacional de uma estrela gigantesca, que forma uma singularidade da qual nada pode escapar, nem mesmo a luz, daí o nome do objeto. Ninguém sabe ao certo o que está dentro de um buraco negro, ou o que aconteceria com uma pessoa ou objeto que caísse nele, mas pesquisas estão em andamento.

Um exemplo são as ondas gravitacionais, ou ondulações no espaço-tempo que vêm de interações entre buracos negros. Isso foi previsto pela primeira vez por Albert Einstein na virada do século passado, quando ele mostrou que o tempo e o espaço estão ligados; o tempo acelera ou desacelera quando o espaço é distorcido.

Em meados de 2017, a Colaboração Científica do Observatório de Ondas Gravitacionais com Interferômetro a Laser (LIGO) anunciou três interações e fusões de buracos negros detectadas através de ondas gravitacionais, em apenas dois anos.

A equipe encontrou esses três eventos em cerca de dois anos, indicando que, quando o LIGO for implementado com sensibilidade total, o observatório poderá encontrar esses tipos de eventos com frequência, disseram cientistas em maio de 2017. Se muitos desses eventos de buracos negros for detectado, isso poderia ajudar os cientistas a aprender como os buracos negros de um determinado tamanho (várias dezenas de massas solares) nascem e depois se fundem em novos buracos negros.

ESTRELAS, PLANETAS, ASTEROIDES E COMETAS

O exoplaneta wasp-103b e sua estrela. Crédito da imagem: ESA

As estrelas (como o nosso próprio sol) são imensas bolas de gás que produzem sua própria radiação. Elas podem variar de supergigantes vermelhas a anãs brancas resfriadas que são os restos de supernovas, ou explosões estelares que ocorrem quando uma estrela grande fica sem gás para queimar. Essas explosões espalham elementos por todo o universo e são a razão pela qual elementos como o ferro existem. Explosões de estrelas também podem dar origem a objetos incrivelmente densos chamadas estrelas de nêutrons. Se essas estrelas de nêutrons enviam pulsos de radiação, elas são chamadas de estrelas pulsares.

Planetas são objetos cuja definição foi minuciosamente examinada em 2006, quando os astrônomos estavam debatendo se Plutão poderia ser considerado um planeta ou não. Na época, a União Astronômica Internacional (o órgão que governa a Terra para essas decisões) decidiu que um planeta é um corpo celeste que orbita o sol, é grande o suficiente para ter uma forma quase redonda e pela influência de sua gravidade limpa sua órbita de detritos. Sob esta designação, Plutão e pequenos objetos semelhantes são considerados "planetas anões", embora nem todos concordem com a designação. Depois que a espaçonave New Horizons passou por Plutão em 2015, o investigador principal Alan Stern e outros novamente abriram o debate, dizendo que a diversidade da formação rochosa em Plutão o torna mais parecido com um planeta.

A definição de planetas extra-solares, ou planetas fora do sistema solar, ainda não foi confirmada pela IAU, mas essencialmente os astrônomos entendem que isso significa objetos que se comportam como planetas em nossa vizinhança. O primeiro planeta desse tipo foi encontrado em 1992 (na constelação de Pegasus) e desde então, milhares de planetas alienígenas foram confirmados, com muito mais suspeitos. Em sistemas solares que têm planetas em formação, esses objetos são frequentemente chamados de "protoplanetas" porque não têm a maturidade dos planetas que temos em nosso próprio sistema solar.

Asteroides são rochas que não são grandes o suficiente para serem planetas anões. Encontramos até asteroides com anéis ao redor deles, como o 10199 Charilko. Seu pequeno tamanho muitas vezes leva à conclusão de que eles eram remanescentes de quando o sistema solar foi formado. A maioria dos asteroides está concentrada em um cinturão entre os planetas Marte e Júpiter, mas também há muitos asteroides que seguem atrás ou à frente dos planetas, ou podem até cruzar o caminho de um planeta. A NASA e várias outras entidades têm programas de busca de asteroides para procurar objetos potencialmente perigosos no céu e monitorar suas órbitas de perto. 

Em nosso sistema solar, os cometas (às vezes chamados de bolas de neve sujas) são objetos que se acredita serem originários de uma vasta coleção de corpos gelados chamada Nuvem de Oort. À medida que um cometa se aproxima do sol, o calor de nossa estrela faz com que os gelos derretam e escorra do cometa [como uma cauda]. Os antigos frequentemente associavam os cometas à destruição ou a algum tipo de mudança imensa na Terra, mas a descoberta do Cometa Halley e cometas "periódicos" ou de retorno relacionados mostraram que eles eram fenômenos comuns do sistema solar.

GALÁXIAS E QUASARES

Renderização de um artista do quasar duplo, localizado em duas galáxias em fusão a cerca de 10 bilhões de anos-luz de distância. Crédito da imagem: NASA, ESA e J. Olmsted (STScI)

Entre as maiores estruturas cósmicas que podemos ver estão as galáxias, que são essencialmente vastas coleções de estrelas. Nossa própria galáxia é chamada de Via Láctea e é considerada uma forma de "espiral barrada". Existem vários tipos de galáxias, variando de espirais a elípticas e irregulares, e podem mudar à medida que se aproximam de outros objetos ou à medida que as estrelas dentro delas envelhecem.

Muitas vezes as galáxias têm buracos negros supermassivos embutidos no centro de suas galáxias, que são visíveis apenas através da radiação que cada buraco negro emana, bem como através de suas interações gravitacionais com outros objetos. Se o buraco negro estiver particularmente ativo, com muito material caindo nele, ele produz imensas quantidades de radiação. Esse tipo de objeto galáctico é chamado de quasar (apenas um dos vários tipos de objetos semelhantes).

Grandes grupos de galáxias podem se formar em aglomerados que são grupos tão grandes quanto centenas ou milhares de galáxias unidas gravitacionalmente. Os cientistas consideram estas as maiores estruturas do universo.

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Referência:

HOWELL, Elizabeth; GOD, Chelsea. What is Space? Space, 18, fev. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/24870-what-is-space.html>. Acesso em: 23, fev. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.