Em busca das origens

Os astrônomos confrontam agora um outro desafio: não sabem do que 96% do Universo é composto.

Por Michael Lemonick
Foto de Joe McNally

Em busca das origens

O giro da Terra, não o movimento das estrelas, cria rastros em uma foto feita com longa exposição no Novo México, onde um astrônomo amador faz vigília. Para examinar mundos distantes longínquos, novos instrumentos localizados no espaço e em solo examinam o espectro eletromagnético do Universo.

Será que a astronomia perdeu seu romantismo? Quando visito astrônomos profissionais em ação, é a impressão que eles me passam. Em vez de fazer observações através de telescópios, eles ficam sentados em salas de controle confortáveis – às vezes a quilômetros de distância dos observatórios localizados em picos de montanhas – olhando para recriações digitais de estrelas e galáxias em telas de computador. Essa cena está longe da vida de astrônomo que eu imaginei quando era criança em Vermont, onde o céu noturno era cheio de constelações, auroras boreais, nuvens da Via Láctea e sonhos.
Mas, se parte do romantismo é não saber o que acontecerá a seguir, então a astronomia continua atraente. As questões que temos pela frente estão no cerne da compreensão de nosso lugar no Cosmo. Em breve saberemos se planetas como a Terra são raros ou comuns na Via Láctea. Depois disso, vamos examinar a atmosfera de alguns desses novos mundos em busca de sinais tênues de vida. Já estamos explorando as pontadas de nascimento de estrelas ocultas dentro de nós quentes de poeira, como a chocadeira que deu origem ao Sol há quase 5 bilhões de anos, para aprender como a nossa família de planetas surgiu.
Ao examinar o que ocorre além da nossa galáxia, vemos explosões cataclísmicas que espalham os ingredientes de novas estrelas e planetas pelo espaço. Traçamos as origens das galáxias ao encontrar seus ancestrais, massas esfarrapadas de estrelas perto dos limites do Universo visível. Ficamos imaginando por que a maior parte do Universo consiste de coisas que não somos capazes de enxergar – incluindo uma forma de energia desconhecida que força o espaço a se expandir cada vez mais rápido com o tempo.
Há 15 anos, tais mistérios estavam além do nosso alcance. Não dispúnhamos das ferramentas adequadas. De lá para cá, os astrônomos conceberam telescópios, desenharam detectores eletrônicos potentes para analisar a luz e lançaram satélites para esquadrinhar o céu com raios X, luz infravermelha e outros tipos de radiação. Esses equipamentos fizeram com que as cortinas que escondiam parte da nossa galáxia e do Universo distante se abrissem. Este é um momento de revelações genuínas, uma época em que a tecnologia estendeu nosso alcance até as profundezas.
Um dos meus avanços preferidos uniu um feixe de laser e um espelho de alta tecnologia para ajudar a expor as forças físicas enlouquecidas perto do monstruoso buraco negro no centro da Via Láctea. Estrelas que entram na órbita ao redor do buraco negro mergulham para perto do centro e logo se afastam a toda velocidade, como os cometas que disparam ao redor do nosso Sol. Mas para conseguir uma visão clara de estrelas tão distantes, no núcleo da galáxia, os astrônomos precisam eliminar os efeitos da atmosfera da Terra, que prejudicam a nitidez. Fazem isso direcionando um laser para um ponto alto no céu, de modo que o ponto de luz tremula por causa da distorção causada por correntes de ar lá em cima. Um espelho flexível especial na base do telescópio compensa o movimento da luz e permite que os instrumentos do telescópio registrem uma imagem nítida.
O formato e a velocidade da órbita das estrelas mostram que o buraco negro pesa 400 milhões de vezes a massa do nosso Sol. Há alguns anos, uma estrela passou tão próxima ao centro (mas não perto o suficiente para mergulhar na bocarra) que a gravidade do buraco negro acelerou sua velocidade de 270 quilômetros por segundo no ponto mais afastado de sua órbita para 8.370 quilômetros por segundo – notáveis 3% da velocidade da luz. Outras estrelas passam pelo buraco a distâncias tão perigosas que a gravidade as catapulta e as expulsa da galáxia.
Também descobrimos que o Cosmo é o sonho de um piromaníaco: sempre tem alguma coisa explodindo. As atrações principais são arroubos de raios gama, explosões acentuadas que ofuscam momentaneamente as estrelas de 1 bilhão de galáxias combinadas. O satélite Swift da Nasa localiza esses arroubos e envia sua localização a telescópios espalhados por todo o mundo em questão de segundos. Os astrônomos acreditam que a maior parte dos arroubos de raios gama anunciam a morte de estrelas enormes de uma raça especialmente violenta de supernova – do tipo que cria um buraco negro no centro.

Essas explosões e suas primas menos violentas, as supernovas comuns, espalham elementos pesados pelas galáxias que as abrigam, entre eles carbono, oxigênio, silício, magnésio e ferro – elementos formadores de novos planetas. Na Via Láctea, sabemos que gerações passadas de estrelas moribundas semearam nossa vizinhança galáctica com essas matérias-primas. Os astrônomos detectaram os primeiros planetas que giram ao redor de outras estrelas como o nosso Sol em 1995. Hoje existem mais de 300, e o número só faz crescer. A maior parte dos mundos alienígenas avistados por telescópios até agora são esferas de gás inchadas como Júpiter. E vamos encontrando outras, menores, apelidadas de superterras, donas de cinco vezes a massa do nosso planeta. Elas têm superfície sólida, e algumas podem ter até as temperaturas adequadas para que a água flua líquida. Muitos planetas extra-solares aparecem em grupos; a estrela 55 Cancri, na constelação de Câncer, tem pelo menos cinco planetas irmãos.
Os cientistas acreditam que seja apenas uma questão de tempo até encontrarmos um sistema solar parecido com o nosso. O telescópio espacial Hubble detectou discos de gás e poeira ao redor de várias estrelas jovens. As imagens sugerem que planetas estão se formando dentro desses discos, abrindo brechas à medida que sua gravidade junta mais material. O telescópio espacial Spitzer, que usa luz infravermelha para examinar o fundo das nuvens de poeira onde as estrelas se formam, também vê evidências de embriões planetários quase em todos os lugares para que se volta. O nascimento de estrelas e a formação de planetas aparentemente caminham lado a lado.
Não sabemos se planetas como o nosso são ocorrência comum na galáxia. Na verdade, não podemos enxergar nenhum dos planetas que os astrônomos identificaram. Em contraste com o brilho de uma estrela, eles ficam muito apagados. O que os cientistas fazem é inferir a presença de cada planeta, ou pelo leve puxão gravitacional que vai e vem que o planeta exerce sobre sua estrela durante a órbita, ou por um minúsculo eclipse à luz da estrela cada vez que o planeta passa na frente dela. Como um mundo do tamanho da Terra é muito pequeno, esses sinais são difíceis de discernir. A Nasa vai lançar uma missão em 2009, a Kepler, para monitorar 200 mil estrelas em busca de sombras de planetas do tamanho da Terra.
Digamos que encontremos dúzias ou centenas de Terras. E aí? Certamente não visitaremos nenhuma delas em futuro próximo. É bem mais provável que encontremos primeiro indícios de limo. Bactérias, algas e outras criaturas simples alteram a atmosfera do planeta com o consumo de dióxido de carbono e a produção de gases instáveis como oxigênio e metano. Esses gases deixam marcas próprias no calor que o planeta irradia – marcas que um observatório especial em órbita poderia detectar. A Nasa quer montar uma missão assim, chamada Terrestrial Planet Finder – tão complexa e cara que até agora só se desenvolveu a tecnologia em passos modestos.
Nesse ínterim, os astrônomos confrontam um outro desafio irritante, que tem proporções gigantescas. Para colocar de maneira simples, não sabemos do que 96% do Universo é composto. Todas as galáxias, estrelas, gases, planetas e pessoas combinadas respondem por apenas 4% do conteúdo do Cosmo. Para o resto da receita, demos apenas os nomes simples de matéria escura (25%) e energia escura (71%). Juntas, elas apresentam os maiores mistérios da astronomia e da física.
A matéria escura é um pouco mais fácil de localizar. Os movimentos das galáxias, tanto a maneira como giram e o modo como se agrupam, implicam que uma fonte de gravidade, muito grande e escondida, une tudo. Os astrônomos acreditam que cada galáxia se localize dentro de um casulo de matéria escura muito maior e mais pesado do que a galáxia em si. Modelos computadorizados do Universo prevêem a existência de uma extensa rede cósmica de matéria escura, um entrelaçado de filamentos no qual cada galáxia está incrustada, como libélulas em uma teia de aranha.
Essa rede comporta-se de maneiras estranhas. Por exemplo, um raio de luz que atravesse bolsões de matéria escura vai se curvando para a frente e para trás ao longo de seu trajeto. Quando um telescópio faz imagens de galáxias remotas, seu formato e posição aparecem distorcidos por esse efeito. É mais ou menos como olhar para o espelho através do vidro ondulado de um boxe de chuveiro.
Os cientistas acreditam que a matéria escura seja feita de partículas indefinidas que raramente reagem com matéria comum. Foram criados experimentos para tentar capturar essas partículas, até agora sem sucesso.

Já a energia escura é alguma substância ou propriedade do espaço em si que exerce pressão negativa sobre ele. De certa maneira, age como a antigravidade, acelerando o crescimento do Cosmo com pressa cada vez maior. À medida que o Universo se expande – processo iniciado pelo Big Bang, há 13,7 bilhões de anos -, a influência da energia escura aumenta. É desconcertante, tanto para os cientistas quanto para os amantes da astronomia.
Os astrofísicos detectaram a marca deixada pela energia negra pela primeira vez há uma década, quando descobriram que as supernovas – marcadores brilhantes que indicam a velocidade de crescimento do Universo – se localizavam mais longe da Terra do que a teoria previa. De lá para cá, a hipótese foi confirmada por meio do uso de um satélite sensível, a sonda de microondas anisotrópicas Wilkinson, para medir o calor que sobrou do Big Bang. A temperatura do Universo caiu de trilhões de graus na época para meras sugestões de calor acima do zero absoluto hoje. Flutuações de apenas algumas milésimas partes de graus em diversos pontos do céu conservam um registro das proporções exatas de energia escura, matéria escura e matéria comum logo depois do Big Bang. Medir e interpretar esse aspecto foi um triunfo da cosmologia moderna, mas a questão não será resolvida até sabermos o que é energia escura e por que ela existe.
Esses mistérios não devem fazer sombra sobre o limiar notável de que a astronomia está se aproximando: somos capazes de enxergar quase tudo que brilha. Em breve penetraremos mais fundo na época em que as primeiras estrelas se acenderam e os primeiros estilhaços de galáxias se fundiram. O telescópio espacial James Webb, sucessor do Hubble, vai nos levar para lá até a próxima década. Pouco depois disso, uma nova geração de telescópios em solo – gigantes com espelhos de 24 metros de diâmetro ou mais – vai expandir nossa visão cósmica para coisas ainda mais distantes. Nunca veremos absolutamente todas as estrelas e todas as nebulosas. Mas vamos tomar medidas de um número suficiente delas para dizer, com segurança, como as galáxias surgiram e evoluíram, como as estrelas vivem e morrem, e como os planetas se encaixam nesses ciclos abrangentes. Será um retrato das nossas origens.
A tecnologia comanda a astronomia hoje, mas ela continua sendo uma ciência pessoal. Uma astrônoma famosa me disse que demorou mais de três décadas para enxergar de fato a nossa galáxia. Aconteceu no Chile, na parte externa do domo de um observatório nas alturas. Sob um dos céus mais limpos da Terra, ela esperou que seus olhos se adaptassem à escuridão. Avistou o braço espiralado da Via Láctea que fica mais próximo de nós e as nuvens escuras de poeira ao redor do centro da galáxia, bem mais distantes. Em vez de enxergar a Via Láctea como uma faixa achatada cruzando o céu, ela percebeu a profundidade dela, como um redemoinho de estrelas em 3-D. Foi acometida de vertigens. “A sensação de estar na Terra desapareceu”, ela lembra. “Eu era cidadã da galáxia.”
Romantismo? Talvez. Esse é o poder da astronomia.

 

Publicado em 07/2009

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Publicado em 24/07/2011, em Atualidades. Adicione o link aos favoritos. Deixe um comentário.

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