Os astrônomos usam os redshifts [desvios para o vermelho] para medir como o universo está se expandindo e, portanto, para determinar a distância dos objetos mais distantes (e, portanto, mais antigos) do nosso universo. O que é um desvio para o vermelho? Muitas vezes, é comparado ao zumbido estridente de uma sirene de ambulância vindo em sua direção, que diminui quando a ambulância passa por você e depois se afasta de você. Essa mudança no som de uma ambulância é devido ao que é chamado de efeito Doppler. É uma boa comparação porque tanto o som quanto a luz viajam em ondas, que são afetadas por seu movimento através do ar e do espaço.
O som só pode se mover rapidamente pelo ar; o som viaja a cerca de 750 milhas (1.200 quilômetros) por hora. Quando uma ambulância dispara e toca sua sirene, as ondas sonoras na frente da ambulância se comprimem. Enquanto isso, as ondas sonoras atrás da ambulância se espalham. Isso significa que a frequência das ondas sonoras é maior à frente da ambulância (mais ondas sonoras atingirão o ouvido do ouvinte, durante um determinado período de tempo) e mais baixa atrás (menos ondas sonoras atingirão o ouvido do ouvinte, ao longo de um determinado período de Tempo). Nossos cérebros interpretam as mudanças na frequência das ondas sonoras como mudanças no tom.
Como o som, a luz também é uma onda viajando a uma velocidade fixa: 186.000 milhas (300.000 km) por segundo, ou cerca de um bilhão de quilômetros por hora. A luz, portanto, segue regras semelhantes às do som.
Mas, no caso da luz, percebemos mudanças na frequência das ondas como mudanças na cor, não mudanças no tom.
Por exemplo, se uma lâmpada se movesse muito rapidamente pelo espaço, a luz pareceria azul à medida que se aproximasse de você e ficaria vermelha depois de passar. Medir essas pequenas mudanças na frequência da luz permite aos astrônomos medir a velocidade – e, portanto, a distância – de tudo no universo! Isso é verdade porque quanto mais rápido um objeto se afasta de nós, mais longe ele está.
Assim, em nosso universo em expansão, uma medida de velocidade se traduz em uma medida de distância.
Aqui está um exemplo recente. Astrônomos disseram no início de janeiro de 2020 que o quasar mais distante conhecido até o momento – quasar J0313-1806 – tem um redshift recorde de z = 7,64. De acordo com as interpretações dos astrônomos do redshift, estamos vendo o quasar J0313-1806 – um núcleo de galáxia altamente luminoso no início do universo, que se acredita ser alimentado por um buraco negro supermassivo – apenas 670 milhões de anos após o Big Bang, ou mais de 13 bilhões de anos-luz de distância.
Ou considere um objeto ainda mais distante, não um quasar muito brilhante, mas apenas uma galáxia regular no universo primitivo. GN-z11 é uma galáxia com alto redshift encontrada na direção da constelação de Ursa Maior, a Ursa Maior. GN-z11 é atualmente a galáxia mais antiga e mais distante conhecida no universo observável, com um desvio para o vermelho de z = 11,09. Esse desvio para o vermelho corresponde a uma distância de 13,4 bilhões de anos-luz. Portanto, vemos esse objeto como ele existia 13,4 bilhões de anos atrás, apenas 400 milhões de anos após o Big Bang.
Claro, fazer essas medições é um pouco mais complicado do que apenas dizer “essa estrela parece mais vermelha do que deveria”. Em vez disso, os astrônomos usam marcadores no espectro da luz das estrelas. Este é o estudo da espectroscopia. Se você direcionar o feixe de uma lanterna através de um prisma, um arco-íris aparecerá do outro lado. Mas se você colocar um recipiente transparente cheio de gás hidrogênio entre a lanterna e o prisma, lacunas aparecem no arco-íris de cores, lugares onde a luz literalmente desaparece.
Os átomos de hidrogênio são ajustados para absorver frequências muito específicas de luz. Quando um feixe de luz consistindo de muitas cores passa pelo gás, essas frequências são removidas – absorvidas – do feixe. O arco-íris fica repleto do que os astrônomos chamam de linhas de absorção. Substitua o hidrogênio por hélio e você obterá um padrão completamente diferente de linhas de absorção. Cada átomo e molécula tem uma impressão digital de absorção distinta que permite aos astrônomos descobrir a composição química de estrelas e galáxias distantes.
Quando passamos a luz das estrelas por um prisma (ou dispositivo semelhante adequado para telescópios, como grades de difração), vemos uma floresta de linhas de absorção de hidrogênio, hélio, sódio e assim por diante. No entanto, se essa estrela está se afastando de nós, todas essas linhas de absorção sofrem uma mudança Doppler e se movem em direção à parte vermelha do arco-íris. Isso é o que chamamos de redshift. Para estrelas que se dirigem em nossa direção, o oposto acontece e as linhas são deslocadas em direção à extremidade azul do espectro; eles são desviados para o azul (geralmente, os astrônomos só usam o termo redshift para simplificar as coisas, e apenas colocam um sinal negativo na frente dele se for um blueshift).
Ao medir a distância que as linhas estão localizadas de onde deveriam estar no espectro, os astrônomos podem calcular a velocidade de uma estrela ou galáxia em relação à Terra e até mesmo como uma galáxia gira: medindo um desvio para o vermelho diferente para um lado da galáxia em comparação com o outro, você pode ver qual lado está se afastando de você e qual lado está se movendo em sua direção.
Com esta ferramenta, o movimento do universo é revelado e uma série de novas questões podem ser investigadas.
E galáxias não são as únicas coisas que podem ser investigadas com redshifts. Os astrônomos aprenderam a provocar o puxão sutil de um planeta distante em sua estrela-mãe, revelando assim o planeta aos astrônomos. Se uma estrela em nossa Via Láctea tem um planeta oculto – e se os astrônomos veem que a estrela às vezes exibe um ligeiro desvio para o vermelho e outras vezes um ligeiro desvio para o azul – os astrônomos inferem que a estrela está alternando entre se mover para perto e para longe de nós. Eles se referem a esse movimento como uma “oscilação” da estrela no espaço. Alguma coisa deve estar puxando a estrela, fazendo-a oscilar. Ao medir o quão longe as linhas de absorção se deslocam, um astrônomo pode determinar a massa do companheiro invisível e sua distância da estrela, e chegar à conclusão de que um planeta está em órbita ao redor da estrela!
Além de encontrar outros mundos, os redshifts também levaram a uma das descobertas mais importantes do século XX. Na década de 1910, os astrônomos do Observatório Lowell e de outros lugares notaram que a luz de quase todas as galáxias era desviada para o vermelho: a maioria das galáxias do universo estava fugindo de nós! Um cientista belga, Georges Lemaître, que também era padre, reconheceu que as velocidades de recessão das galáxias podiam ser explicadas por uma verdade surpreendente: o universo está se expandindo! Em 1929, o astrônomo americano Edwin Hubble combinou redshifts com estimativas de distância para as galáxias e descobriu algo notável: quanto mais longe uma galáxia, mais rápido ela está recuando. Essa relação, a lei de Hubble, foi renomeada em 2018 pela União Astronômica Internacional para lei de Hubble-Lemaître.
O que veio a ser conhecido como o redshift cosmológico foi a primeira peça da teoria do Big Bang e, em última análise, uma descrição da origem do nosso universo.
A lista dos objetos astronômicos mais distantes está sempre mudando à medida que os astrônomos encontram objetos cada vez mais altos com deslocamento para o vermelho à beira do universo observável. Galáxias, quasares e até mesmo rajadas de raios gama viajam por eras através do cosmos, emitindo sua luz vermelha fraca e revelando um pouco mais dos segredos do universo.
Resumindo: um desvio para o vermelho revela como um objeto no espaço (estrela / planeta / galáxia) está se movendo em comparação a nós. Ele permite que os astrônomos meçam a distância para os objetos mais distantes (e, portanto, mais antigos) em nosso universo.
Publicado em 24/01/2021 18h25
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