Esqueça bilhões e bilhões. Quando se trata do número de galáxias no Universo, as estimativas dos teóricos e dos observadores são muito baixas.
Universo é um lugar vasto, cheio de mais galáxias do que jamais pudemos contar, mesmo apenas na porção que pudemos observar. Cerca de 40 anos atrás, Carl Sagan ensinou ao mundo que havia centenas de bilhões de estrelas apenas na Via Láctea, e talvez até 100 bilhões de galáxias dentro do Universo observável. Embora ele nunca tenha dito isso em sua famosa série de televisão, Cosmos, a frase “ bilhões e bilhões ” tornou-se sinônimo de seu nome, e também do número de estrelas que pensamos serem inerentes a cada galáxia, bem como o número de galáxias contidas no Universo visível.
Mas quando se trata do número de galáxias que realmente existem, aprendemos vários fatos importantes que nos levaram a revisar esse número para bem mais, e não apenas um pouco.
Nossas observações mais detalhadas do Universo distante, do Hubble eXtreme Deep Field, nos deram uma estimativa de 170 bilhões de galáxias. Um cálculo teórico de alguns anos atrás – o primeiro a considerar galáxias muito pequenas, fracas e distantes para serem vistas – coloca a estimativa ainda mais alta: em 2 trilhões. Mas mesmo essa estimativa é muito baixa. Deve haver pelo menos 6 trilhões, e talvez mais de 20 trilhões de galáxias, se formos capazes de contá-las todas. Aqui está como chegamos lá.
A primeira coisa que você precisa perceber sobre a estimativa do número de galáxias no Universo é que a parte do Universo que podemos ver – hoje e sempre, mesmo infinitamente no futuro – mas que será sempre finito. O Universo, como o conhecemos e o percebemos, começou com o Big Bang quente, cerca de 13,8 bilhões de anos atrás. Com cerca de 10^80 átomos dentro dele, cerca de cinco vezes mais massa na forma de matéria escura, bem como bilhões de vezes mais fótons e neutrinos, a gravitação teve tempo de sobra para atrair a matéria em aglomerados, coleções, grupos, e aglomerados. Isso levou à formação de estrelas e galáxias com uma variedade de propriedades diferentes: massas, tamanhos, brilhos e muito mais.
Mas o que é mais importante perceber é que a quantidade de “coisas” no Universo que podemos ver é limitada por três fatores:
* A quantidade finita de tempo que se passou desde o Big Bang.
* A velocidade finita da luz.
* E as propriedades de como o Universo se expandiu ao longo de sua história, desde o Big Bang até hoje.
As galáxias que vemos hoje são ricas, grandes, massivas e evoluídas, com muitas sendo meros componentes em grandes coleções de matéria: grupos, aglomerados e estruturas ainda maiores. Mas as galáxias que vemos de longe – de épocas anteriores de nossa história cósmica – são mais isoladas, menores, menos massivas e mais irregulares. Se quisermos estimar quantas galáxias podemos ver hoje, precisamos entender como o Universo cresceu ao longo de toda a sua história cósmica.
A segunda coisa que você precisa perceber é que, não importa que tipo de telescópio construamos, nunca seremos capazes de identificar e contar todas as galáxias presentes em todo o Universo observável. Todos os objetos têm um brilho inerente a eles, e para que possamos observá-los, precisamos coletar fótons suficientes deles para que se destaquem do fundo cósmico de outros objetos, bem como do ruído inerente ao nosso instrumentos. Também precisamos ser capazes de resolvê-las como galáxias independentes, com suas próprias populações estelares, mesmo quando estão próximas ou ao longo da mesma linha de visão exata de outras galáxias maiores e mais brilhantes.
Esta é uma tarefa impossível, pelo menos, do ponto de vista prático. Você não pode construir um telescópio que seja:
* Infinitamente grande (para obter a resolução necessária).
* Que cobre todos os comprimentos de onda da luz simultaneamente (para explicar o inevitável redshift cosmológico).
* Que observa todo o céu de uma só vez (com um campo de visão infinito).
* E por um período de tempo arbitrariamente longo (para revelar os objetos mais fracos).
Tudo o que você pode fazer é praticamente fazer as observações que seus instrumentos (e tempo de observação alocado) permitem que você faça, e usar o que você sabe sobre as leis que governam o Universo para preencher o que deve estar além das atuais fronteiras observacionais.
A imagem do Hubble eXtreme Deep Field: a visão mais profunda da humanidade do Universo, de todos os tempos. Combinou observações de muitos comprimentos de onda diferentes que abrangem as porções ultravioleta, óptica e infravermelho próximo do espectro eletromagnético, representou um total cumulativo de 23 dias de tempo de observação.
Dentro desta pequena região do céu, que cobre apenas 1/32.000.000 de todo o espaço que é acessível a nós, podemos observar um grande número de galáxias a uma variedade de distâncias de nós. Esses incluem:
* Galáxias próximas que são de tamanho pequeno, médio e grande, e que variam em brilho de muito fraco a extremamente brilhante.
* Galáxias intermediárias que são de tamanho médio a grande e que são de brilho intermediário a alto.
* E galáxias muito distantes que representam as maiores galáxias que existiam naqueles primeiros tempos, possuindo o maior brilhos dentre todas as galáxias muito distantes.
* Juntamente com algumas galáxias ainda mais distantes cuja luz foi esticada e ampliada pela presença de um objeto em primeiro plano, através do poder das lentes gravitacionais.
Quando as contamos todas, independentemente de onde as encontramos ou quais propriedades elas possuem, descobrimos que existem 5.500 galáxias identificáveis de forma única nessa pequena região do céu. Se extrapolarmos o que vimos nesta pequena região como se fosse “típico”, descobriríamos que em todo o céu, esperamos que haja 170 bilhões de galáxias contidas no Universo observável.
Claro, não devemos tomar isso como uma estimativa do número de galáxias no Universo; devemos tratar esse número como um limite inferior. Precisa haver pelo menos tantas galáxias quanto podemos inferir do que já observamos, mas deveria haver mais. Lá fora, além do limite do que nossos melhores telescópios foram capazes de nos expor, deveriam estar as galáxias que são muito pequenas, muito fracas, muito distantes ou muito obscuras para que possamos ver ainda.
Na ausência dos dados necessários, só faz sentido fazer simulações – com base no conteúdo conhecido do Universo – para inferir quais deveriam ser as populações desses objetos perdidos. Ao combinar o que já observamos com o comportamento da matéria escura e da matéria bariônica em todas as escalas, bem como o conhecimento da montagem galáctica e a história da formação de estruturas em larga escala, devemos ser capazes de fazer inferências informadas sobre o que mais está lá fora.
Embora a extremidade muito fraca do espectro galáctico seja a mais incerta (ou seja, onde estão as galáxias menores e de menor massa), essa técnica foi aproveitada nos últimos anos para produzir uma estimativa superior: que existem 2 trilhões de galáxias por aí apenas no Universo observável.
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