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Paredes no espaço

Ao olhar o céu, astrofísicos americanos e brasileiros enxergam formas inesperadas que sugerem novas explicações para a evolução do Universo. Fala-se muito, por exemplo, em matéria escura.

Por Da Redação - Atualizado em 31 out 2016, 18h32 - Publicado em 31 mar 1990, 22h00

Martha San Juan França

Ajoelhados no chão, numa sala do segundo andar do Departamento de Astronomia do Observatório Nacional, na Zona Norte do Rio de Janeiro, dois homens conversam animadamente. Cercados por meia dúzia de mapas contendo milhares de pontinhos pretos, Luiz Roberto Nicolaci e Paulo Pellegrini, amigos e colegas, não se parecem de modo algum com a imagem caricata associada ao seu ganha-pão: sisudos astrofísicos com a cabeça voltada exclusivamente para temas transcendentais e desligados da vida real, como os mistérios do Universo. Nicolaci, 39 anos, moreno e barbudo, é agitado demais. Pellegrini um ano mais velho, alto e magro, talvez estivesse mais à vontade numa academia esportiva. Apesar disso, estes pesquisadores passaram os últimos nove anos observando pacientemente a posição de 3 mil galáxias a fim de montar imagens em três dimensões do céu visto do hemisfério sul. Tais figuras, junto com outras que estão surgindo no hemisfério norte, são fundamentais para esclarecer um dos mais caros dilemas dos cosmologistas modernos: como o Universo evoluiu até chegar à estrutura atual — sempre em mudança, sempre em movimento. Em 1981, com o apoio do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian de Cambridge, no Estado americano de Massachusetts, a pequena equipe brasileira formada por Nicolaci, Pellegrini, mais o astrônomo Christopher Willner e três técnicos, todos do Observatório Nacional, começou a passar o pente fino em regiões do Universo à procura de galáxias. Para isso, usaram o maior telescópio do país, de 1,60 metro, instalado em Brazópolis,. sul de Minas Gerais. Acoplado ao equipamento, um detector eletrônico ampliava milhares de vezes a luz quase imperceptível das galáxias remotas e a enviava a um computador que por sua vez transformava essas informações em gráficos.

Ao cabo de seis anos, terminado o primeiro levantamento, os pesquisadores tiveram a maior surpresa. “Quanto mais estudávamos os mapas”, lembra Pellegrini, “mais nos convencíamos de que ali havia uma colossal estrutura semelhante a uma parede, que nunca tinha sido notada antes”. A princípio, os coordenadores da pesquisa em Harvard, os americanos Margaret Geller e John Huchra, reagiram com compreensível cautela. Mas no final do ano passado, ao concluir o mais completo mapa já realizado da localização de galáxias — com 400 milhões de anos-luz de alcance (o dobro do levantamento inicial brasileiro) —, confirmaram as observações de Brazópolis. As fatias do Universo, desenhadas no computador. mostravam um curioso alinhamento de galáxias, logo chamado The Great Wall (a grande parede, ou muralha, em inglês). A divulgação da descoberta da instigante estrutura omitiu que, antes dos astrônomos americanos, seus colegas brasileiros já haviam sugerido a existência de formas igualmente complexas no céu do hemisfério sul. “Elas não têm a mesma densidade de galáxias avistada no norte, mas o tamanho é comparável”, calcula Pellegrini. A dupla americana Huchra e Geller sugere que a Grande Parede tem 500 milhões de anos-luz de extensão. Juntando o mapa feito em Harvard com a mais recente cartografia cósmica produzida no Brasil, que tem igual profundidade pode-se supor que a estrutura, na verdade, se estende de um hemisfério a outro, superando a medida a que chegou o time de Harvard.

Os cosmologistas sabem que o Universo contém bilhões e bilhões de galáxias, como a Via Láctea, onde o Sol e seu séquito de planetas estão instalados. As galáxias se reúnem em aglomerados e superaglomerados, alguns insignificantes em escala cósmica, outros enormes de perder o fôlego, absorvendo imensas coleções de estrelas. São espirais normais, a exemplo da Via Láctea, ou espirais barradas, com um rio de gás, poeira e estrelas correndo em direção ao centro, ou ainda galáxias elípticas, simples bolas de estrelas em forma de esfera ou de elipse. Como o Universo está em expansão, todas essas galáxias estão se afastando umas das outras. Há vinte anos, julgava-se que elas estavam mais ou menos distribuídas por toda parte. Mas os progressos no campo das observações astronômicas permitiram descobrir que o Universo possuía grandes regiões vazias e filamentos de galáxias.

Para definir a forma como elas se agruparam, os astrônomos deram asas à imaginação. Falou-se em estruturas planas, lembrando panquecas. Outra hipótese fez uma analogia com esponjas. Assim como o material poroso de uma esponja é todo conectado entre si, as regiões densas de galáxias estariam também interligadas. O mesmo valeria para os espaços vazios, comparados a buracos por onde numa esponja flui a água. No Observatório Nacional, os astrofísicos Pellegrini e Nicolaci falaram em imensas estruturas planas, que não se curvam, e se cortam em todas as direções. Mas a dupla Huchra e Geller chegou a outro conceito, ao afirmar que todas as galáxias, aglomerados e superaglomerados estão distribuídos nas superfícies de bolhas de sabão.

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Aperfeiçoando a metáfora da esponja, Huchra e Geller afirmam que os mapas das galáxias lembram “espuma de detergente no fundo da pia de cozinha” ou, numa versão menos doméstica, “espuma de cerveja na borda de um copo”. Se for assim, atalhou outro astrofísico americano, Jeremiah Ostriker, da Universidade de Princeton pode-se conceber uma teoria engenhosa para explicar essas formas. Segundo ele. no começo do Universo formaram-se multidões de estrelas. Estas, no final de sua evolução, explodiram, transformando-se em supernovas. À medida que tais explosões foram se sucedendo, a matéria acabou cuspida para longe, criando o halo das bolhas avistadas por Huchra e Geller. Ainda é cedo para apostar em panquecas ou esponjas ou bolhas de sabão — ou paredes. “Essas imagens estão nos limites das pesquisas atuais”, esclarece o astrofísico Ronaldo de Souza, da Universidade de São Paulo, que nos últimos anos participou de uma estatística da distribuição de vazios no espaço, feita pelos especialistas do Observatório Espacial Europeu, na Alemanha.

Para Ronaldo de Souza, “é preciso ter cautela”. Explica: “Não creio que já estejamos na fase de dizer qual a forma do Universo”. Jogando também com cuidado, Paulo Pellegrini, do Observatório Nacional, lembra que o seu levantamento corresponde a apenas 1 décimo de bilionésimo do volume do Universo conhecido e que o tamanho das estruturas é limitado pela extensão da pesquisa. “Só vamos ter mais certeza sobre o que vemos quando aprofundarmos o campo da amostra e as formas geométricas começarem a se repetir”, adverte. Aprofundar o campo não é fácil, porém. Os astrônomos têm catalogadas 33 mil galáxias nos atlas estelares. Estes, como os mapas terrestres comuns, mostram só os ângulos onde as estrelas podem ser encontradas, algo como as latitudes e longitudes da Terra. Para ter uma imagem da posição real das galáxias no Universo, os astrofísicos precisam acrescentar aos mapas uma terceira coordenada: a distância que separa a Terra das galáxias.

Isso se consegue medindo o redshift, o desvio para a cor vermelha do espectro de luz, que consiste na mudança do comprimento da onda causada pelo rápido afastamento de um astro em relação ao observador. No Universo em expansão, quanto mais depressa as galáxias se afastam, mais distantes se encontram. Os astrônomos de Harvard, que puderam dispor todas as noites de um telescópio exclusivo, mesmo assim demoraram três anos para catalogar a posição de 3 mil galáxias. No Brasil, a realidade é mais dura. O tempo disponível no telescópio de Brazópolis deve ser dividido por toda a comunidade astronômica e o que sobra não é muito. Durante boa parte das noites, o céu está encoberto, impedindo as observações. Por isso, o levantamento das galáxias no hemisfério sul levou o dobro do tempo gasto em trabalho similar nos Estados Unidos. “As pesquisas foram transferidas para o Observatório Astronômico El Leoncito, no norte da Argentina, onde as condições atmosféricas e de infra-estrutura são mais favoráveis”, conta Pellegrini. Ali, nos últimos anos, os brasileiros levantaram a posição de galáxias a 400 milhões de anos- luz de alcance. Nicolaci agora está em Harvard, para aperfeiçoar os métodos de observação.

Ao tentar explicar como o Universo evoluiu, os cosmologistas tornaram-se uma espécie de arqueólogos do espaço. Eles passaram a escavar a memória do Cosmo, descobrindo astros mais distantes, portanto mais antigos, que nasceram pouco depois do Big Bang, a presumível explosão que deu início à expansão do Universo entre 15 e 20 bilhões de anos atrás.

Descobriram que na sopa de partículas e energia que se seguiu à explosão, aos poucos foram se organizando núcleos de átomos mais complexos, que por sua vez terminariam constituindo as galáxias, estrelas, planetas e até os microscópicos habitantes da pequenina Terra. A história do Universo é a história da matéria que se organiza. Mas nem o cientista mais genial pode dizer com certeza quando isso começou a acontecer. “Pode ser que grandes estruturas como as galáxias tenham surgido da evolução de estruturas menores como as estrelas. Ou pode ter acontecido exatamente o contrário: uma grande nebulosa aos poucos foi tomando formas menores até surgirem galáxias e dentro delas as estrelas”, especula o astrofíco João Steiner, pesquisador do Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE), de São José dos Campos, que trabalhou com John Huchra em Harvard. Para tentar descobrir a hipótese correta, seu colega Thyrso Villela Neto, também do INPE, está à procura de irregularidades na radiação de fundo cósmico, a emanação de energia que preenche o Universo e que seria uma espécie de registro fóssil da explosão inicial. Essas irregularidades indicariam pequenas variações na densidade da matéria inicial que serviriam de sementes para as galáxias. Enquanto Villela Neto instala seus instrumentos em balões, os cientistas da NASA, mais apetrechados, usam uma sonda espacial. Em novembro do ano passado, eles lançaram o COBE, sigla em inglês para Explorador de Radiação Cósmica de Fundo .

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Seja como for, as estruturas avistadas recentemente nos mapas celestes significam mais dor de cabeça para os cosmologistas. A Grande Parede, suspiram eles, é muito extensa para ter se juntado pela atração gravitacional dos astros no curto tempo, em escala cósmica naturalmente, transcorrido desde o Big Bang — a menos que existissem inúmeros caroços na densidade da matéria após a explosão. Mas os dados obtidos pelo COBE e pelos balões não revelaram imperfeição alguma na homogeneidade inicial do Universo. Uma explicação alternativa poderia estar na chamada matéria escura, uma idéia exótica para os leigos, mas aceita com naturalidade pelos astrônomos.

Essa matéria invisível e misteriosa, que ocupa um enorme espaço no interior das galáxias e em volta delas, não se encontra nas estrelas nem no gás ou na poeira. No entanto, segundo cálculos hipotéticos ela é responsável por 90 por cento — isto mesmo, 90 por cento — da massa do Cosmo. Conseqüentemente. pode ser a chave para explicar como ele é feito. O problema é que as simulações do movimento coletivo de milhares de galáxias não mostram estruturas tão descomunais como a Parede. Vai ver é apenas uma amostra do cenário, digamos, um pedaço de uma muralha ainda maior — ou como cantaria o grupo Pink Floyd, “all in all it was all just bricks in the wall”, tudo somado, apenas tijolos na parede. A teoria tem mais perguntas do que respostas, mais lacunas do que espaços preenchidos. Mas os cientistas não entregam os pontos. “Estamos vivendo o processo da descoberta”, diz João Steiner do INPE. “Isto pode ser frustrante para quem gosta de explicações imediatas, mas é muito gratificante para quem participa das pesquisas.

Para Saber mais:

Você só enxerga 1% do Universo

(SUPER número 6, ano 11)

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Viagem no tempo

Daqui a dois meses, um enorme balão de hidrogênio será lançado da base do Instituto de Pesquisas Espaciais (INPE) em Cachoeira Paulista, no interior de São Paulo, para ver a infância do Universo como nunca havia sido vista antes. Trata-se do primeiro experimento conjunto do INPE e da Universidade de Roma a fim de medir possíveis variações na intensidade da radiação de fundo cósmico, uma espécie de eco do Big Bang. Até hoje, as únicas variações registradas se devem aos movimentos da própria Terra e da Via Láctea. Os valores que servem de base para os cálculos foram fixados pelo brasileiro Thyrso Villela Neto, coordenador do projeto pelo INPE.

Em 1981, o astrofísico italiano Francesco Melchiorri havia feito medições, também a bordo de balões, mas na faixa do infravermelho, tendo notado algumas irregutaridades na radiação. A experiência será repetida com instrumentos mais sensíveis, primeiro em Cachoeira Paulista e mais tarde na Itália. Se forem confirmadas, as variações podem revelar o momento da infância do Universo em que se formaram as primeiras galáxias. O satélite COBE, que ficará dois anos no espaço também fará medições no infravermelho. “Resta esperar”, diz Thyrso Villela, “os resultados dos dois projetos.”

Relíquias de explosão

Mais finas do que um átomo, mais explosivas que uma supernova, quase tão velozes quanto a luz, as chamadas cordas cósmicas poderiam servir para explicar como, desde o Big Bang, o Universo se dividiu em grandes vazios e incontáveis aglomerados de galáxias. Só que, até agora, tais cordas — um emaranhado de fios que teria preservado a imensa energia primordial do Cosmo — existem apenas na cabeça de meia dúzia de cientistas. Dois deles, Jeremiah Ostriker, da Universidade de Princeton, e Lennox Cowie, da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, dizem que as cordas seriam relíquias do tempo da Grande Explosão. Como o gelo que não se solidifica de maneira uniforme, poderiam ser imperfeições que apareceram à medida que o Cosmo esfriou e se expandiu.

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Imensas e pesadíssimas, as cordas teriam atração gravitacional suficiente para juntar grande quantidade de matéria à sua volta. Esse material formaria multidões de estrelas gigantescas e pouco estáveis, que explodiram em pouco tempo. Como fogos de artifício, tais explosões desencadeariam uma reação em cadeia. A onda de choque resultante expulsaria tudo o que encontrasse no caminho, deixando gigantescas regiões vazias. O material primitivo disperso pelas explosões formaria as bolhas avistadas nos mapas do Universo.

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