A missão Euclides, que medirá como o universo escuro afeta a geometria do cosmos, recebeu o nome do 'pai da geometria'

Renderização da sonda Euclides da Europa no espaço. Crédito da imagem: Trabalho realizado pela ATG sob contrato para a ESA, CC BY-SA

Os cientistas receberam uma nova ferramenta para descobrir alguns dos mistérios mais indescritíveis do nosso universo.

A missão Euclides da Agência Espacial Europeia, que foi lançada em 1º de julho, foi projetada para estudar o chamado "universo escuro". É assim que os cientistas se referem aos componentes mais misteriosos do cosmos, ou seja, matéria escura e energia escura. Para fazer isso, esta missão de ponta empregará alguns dos princípios da geometria estabelecidos por seu antigo homônimo grego, o matemático Euclides de Alexandria.

Mas quem exatamente foi Euclides e por que ele ainda é tão importante?

QUAL É A MISSÃO DE EUCLIDES?

A espaçonave Euclides contém um telescópio de 1,2 metros de largura, metade do tamanho do Telescópio Espacial Hubble, que pode ver o universo na luz visível e no infravermelho próximo. Ao contrário do Hubble e do Telescópio Espacial James Webb, que são projetados com campos de visão estreitos para trabalhos de alta resolução e close-up, o Euclides está adotando uma abordagem de grande angular que pode encapsular milhares de galáxias distantes ao mesmo tempo. 

Seu campo de visão é de 0,57 graus quadrados, o que é pouco menos que o dobro do diâmetro da lua cheia. Para um telescópio, esta é uma enorme extensão do céu para ver de uma só vez, e permitirá que os dois instrumentos de Euclides, seu Visible Imager (VIS) e seu Near-Infrared Spectrometer and Photometer (NISP) sondem 1,5 bilhão de galáxias distantes em apenas seis anos para aprender mais sobre matéria escura e energia escura. Esses dois componentes misteriosos representam 26,8% e 68,3% do universo, respectivamente, mas os astrônomos não sabem o que são; só sabemos que esses elementos escuros estão lá por causa do efeito gravitacional invisível da matéria escura e da maneira como a energia escura está acelerando a expansão do universo.

A densidade de matéria e energia no cosmos determina a geometria do universo, no sentido de que matéria e energia podem distorcer o espaço-tempo ou esticá-lo. Como a matéria escura e a energia escura constituem a grande maioria da matéria e energia do universo, são elas que realmente controlam a geometria do universo.

Euclides estudará essas influências sombrias de duas maneiras. Uma delas é observar como as galáxias se agrupam conduzindo uma pesquisa que cataloga os desvios para o vermelho das galáxias para criar um mapa tridimensional de galáxias que se estende por 10 bilhões de anos-luz. A forma como as galáxias estão agrupadas está relacionada às flutuações na densidade da matéria na radiação cósmica de fundo (CMB), emitida apenas 279.000 anos após o Big Bang que criou o universo. A comparação dessas flutuações, chamadas oscilações acústicas bariônicas (BAOs) com o tamanho dos aglomerados em épocas posteriores pode nos dizer como a força da energia escura mudou ao longo do tempo, porque sua força repulsiva trabalha contra a gravidade que faz com que as galáxias se aglomerem.

A outra maneira pela qual Euclides estudará o universo escuro é observando as formas das galáxias. A gravidade da matéria escura espalhada pelo universo pode criar lentes gravitacionais que desviam a luz. Vemos isso de maneira dramática nas fortes lentes gravitacionais dos aglomerados de galáxias, mas a matéria escura também pode causar "lentes fracas" que sutilmente distorcem as formas das galáxias, alterando a geometria do espaço e o caminho que a luz percorre para chegar até nós. A missão Euclides irá fotografar 1,5 bilhão de galáxias e procurar por essas distorções das formas para permitir que os astrônomos mapeiem a matéria escura no universo.

"Euclides de Mégara", um retrato do século XV de Justus van Gent. Crédito da imagem: Justus van Gent (1410–1480)

QUEM FOI O MATEMÁTICO EUCLIDES?

A missão leva o nome do pai da geometria, o antigo matemático Grego Euclides. (Esse é seu nome anglicizado, seu nome grego era Eukleides). Ele viveu por volta do ano 300 aC na cidade de Alexandria, fundada por Alexandre, o Grande, em 330 aC. Ninguém está inteiramente certo dos detalhes pessoais de Euclides, incluindo quando exatamente ele nasceu e morreu. O que sabemos é o que ele nos deixou: Suas grandes obras de matemática, particularmente "Elementos", um tratado de geometria e um dos livros mais traduzidos do mundo.

Como tal, Euclides ficou conhecido como o "pai da geometria". Muito do que a missão espacial Euclides fará depende da geometria e de como as lentes gravitacionais e a expansão cósmica alteram essa geometria.

Em particular, chamamos o tipo particular de geometria de Euclides de "geometria euclidiana". É a geometria que você aprende na escola, de planos, retas paralelas, ângulos retos, trigonometria e o Teorema de Pitágoras. 

Euclides baseou sua geometria em cinco axiomas, ou verdades aceitas. Isso inclui o fato de que quaisquer dois pontos podem ser unidos por uma linha reta; linhas retas podem ser estendidas indefinidamente; um círculo pode ser desenhado simplesmente sabendo onde está seu centro e o tamanho de seu raio; que todos os ângulos retos (90 graus) são iguais; e que se uma linha reta X intercepta duas outras linhas retas, Y e Z, e se os ângulos que X faz com Y e Z, respectivamente, são menores que 90 graus, então Y e Z se cruzarão se estendidos indefinidamente (em outras palavras, formando um triângulo).

A partir dessa base, Euclides foi capaz de formular um sistema geométrico que ainda usamos 2.300 anos depois na vida cotidiana. No entanto, os astrônomos são capazes de procurar desvios da geometria euclidiana no espaço, como em lentes gravitacionais, para procurar evidências do universo escuro.

O legado de Euclides de Alexandria viverá para sempre. Ele foi um gênio de seu tempo, intervindo-se também em geometria de perspectiva, álgebra e a chamada "astronomia esférica", que envolve uma forma de geometria para encontrar objetos na esfera celeste. Há algumas evidências sugerindo que Euclides foi aluno de Platão e lecionou no Museu de Alexandria, que abrigava a famosa Biblioteca de Alexandria e onde também montou uma famosa escola de matemática. 

Agora, mais de dois milênios depois, seu legado entrará na fronteira final em nossa melhor tentativa de chegar ao fundo de alguns dos mistérios mais obscuros de nosso universo.

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RECURSOS ADICIONAIS

Você pode ler mais sobre a missão Euclides no site do Euclid Consortium, a colaboração de instituições e organizações por trás da missão de mapear o universo escuro. A NASA também tem interesse na missão, tendo fornecido os detectores de infravermelhos e estando envolvida na análise dos dados que Euclides irá recolher.

— Universidade de St Andrews, Euclides de Alexandria: https://mathshistory.st-andrews.ac.uk/Biographies/Euclid/

— Mark Cropper et al, VIS: The Visible Imager for Euclid: https://arxiv.org/pdf/1608.08603.pdf

—Agência Espacial Europeia, Euclid VIS Instrument: https://sci.esa.int/web/euclid/-/euclid-vis-instrument

— Agência Espacial Europeia, Euclid NISP Instrument: https://sci.esa.int/web/euclid/-/euclid-nisp-instrument

— Chris North, University of Cardiff, the Planck Satellite: Cosmic Microwave Background: https://plancksatellite.org.uk/results/cosmic-microwave-background/

— Universidade de Genebra, Euclid in a Nutshell: Looking Through the Universe: https://www.isdc.unige.ch/euclid/

— Agência Espacial Europeia: O que são oscilações acústicas bariônicas? https://sci.esa.int/web/euclid/-/what-are-baryonic-acoustic-oscillations-

— Agência Espacial Europeia: O que é lente gravitacional https://sci.esa.int/web/euclid/-/what-is-gravitational-lensing

— Bartel Leendert van der Waerden e Christian Marinus Taisbak, Encyclopaedia Britannica, Euclid: https://www.britannica.com/biography/Euclid-Greek-mathematician

— Benjamin Wardhaugh, Universidade de Princeton: Quem era Euclides https://press.princeton.edu/ideas/who-was-euclid

— JL Heiberg, Richard Fitzpatrick, Elementos de Geometria de Euclides: https://farside.ph.utexas.edu/books/Euclid/Elements.pdf

— John D. Norton, University of Pittsburgh: Euclidean Geometry: The First Great Science: https://sites.pitt.edu/~jdnorton/teaching/HPS_0410/chapters/non_Euclid_Euclid/index.html

— Norman Swartz, Universidade Simon Fraser: Axiomas e Postulados de Euclides: https://www.sfu.ca/~swartz/euclid.htm

— Mostafa El-Abbadi, Encyclopaedia Britannica: Biblioteca de Alexandria: https://www.britannica.com/topic/Library-of-Alexandria

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Referência:

COOPER, Keith. Who is the Euclid 'dark universe' space telescope named after? Space, Nova York, 01, jul. 2023. References. Disponível em: <https://www.space.com/euclid-spacecraft-named-after-mathematician>. Acesso em: 03, jul. 2023.

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.