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Quasares: Quase testemunhas do Big Bang

Eles foram descobertos há apenas 25 anos, mas é certo que brilham no espaço intensamente há 15 bilhões de anos desde a origem do Universo. Aos poucos os cientistas vão descobrindo coisas sobre eles - e todas são realmente extraordináriaS

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Atualizado em 31 out 2016, 18h38 - Publicado em 31 mar 1988, 22h00

Almyr Gajardoni e Joseph Scheppach

Trata-se de um pequeno, quase insignificante ponto de luz azulada no céu escuro, que pode ser visto na constelação de Sagitário. Foi descoberto na noite de 15 de Setembro de 1983 e recebeu a burocrática denominação de PKS 2000-330. mas que ninguém se iluda com a modéstia dessa apresentação.

O PKS 2000-330 é um dos 684 quasares descobertos pelos astrofísicos em 25 anos de pesquisa – faz parte, portanto, de um dos mais fascinantes enigmas que desafiam a curiosidade do homem. E todos os números que compõem o seu dia-a-dia são, no mínimo, de perder o fôlego.

A começar pela capacidade de radiação, ou seja, de produzir e transmitir energia. Pois qualquer quasar é capaz de irradiar tanto quanto 300 bilhões de sóis ao mesmo tempo. Aliás, se não fosse assim, nem conseguiríamos descobrir um deles no céu, pois os quasares, graças a esse poder portentoso, são os corpos celestes mais distantes que já conseguimos identificar. O PKS 2000-330, por exemplo, encontra-se a 15 bilhões de anos-luz da Terra. Se quiser, faça as contas: a luz viaja à velocidade de 300 mil quilômetros por segundo; reduzir essa distância a quilômetros significa escrever um número que tem 23 zeros.

Há quasares mais próximos, é certo O 3C 273 está a apenas 3 bilhões de ano-luz, o que ainda é muito, mas muito longe. Assim distantes, é natural que os astrônomos nem consigam dizer, com exatidão, o que são eles. Seu próprio nome já é vago: fonte de rádio quase-estelar, do inglês quasi-stellar radio source, de onde vem o acrônimo quasar. Como nem todos se revelaram fontes de rádio tão poderosas, foram chamados objetos quase estelares (Q). Alguma coisa, em todo caso, podemos saber a respeito. Estão em galáxias gigantescas, com diâmetro em torno de 500 mil anos-luz (a Via Láctea, a galáxia onde estão o Sol e seus planetas, tem 100 mil anos-luz de diâmetro).

Eles fazem parte de galáxias ativas, relativamente jovens. Mas isso só podemos perceber quando o próprio quasar envelhece, pois quando jovem ele brilha tão intensamente que ofusca todas as estrelas da galáxia. Sendo assim, é até possível que nem existam mais quasares atualmente. Se o nosso conhecido PKS 2000-330 tivesse deixado de brilhar há 15 bilhões de anos, sua energia ainda estaria chegando à Terra. Essa é mais ou menos a época em que os cientistas supõem que ocorreu o Big Bang, dando origem ao Universo. Dai a idéia de que os quasares são corpos celestes dos mais antigos que conhecemos.

Também não há dúvida de que uma força muito poderosa faz com que as estrelas dessa galáxia se mantenham concentradas em torno do seu núcleo, como um rebanho de ovelhas comportadas. Há aproximadamente uns quatro anos a maioria dos cientistas que se dedicam ao estudo dos quasares chegou a um acordo: esse vigia do rebanho só pode ser um buraco negro – outro enigma fantástico que desafia a imaginação.

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Se fosse possível olhar o quasar bem de perto, vertamos que do seu núcleo extraordinariamente luminoso saltam longas fontes de gás, que brilham intensamente em tons vermelho – azulados e chegam a atingir o comprimento de 80 milhões de anos-luz – ou 800 vezes maior que toda a Via Láctea.

A principal característica dos quasares parece ser essa: a brilhante, incomum luminosidade do seu centro. Ainda assim, mesmo observado pelo mais potente telescópio ótico, um quasar fatalmente se confundirá com uma estrela comum. Suas características só começam a ser reveladas quando passam pelos radiotelescópios. Os maiores telescópios óticos têm lentes de 3 metros de diâmetro; os mais modernos, combinando mais de uma lente, conseguem chegar até os 50 metros. Já a antena do radiotelescópio de Jodrell Bank, na Inglaterra, alcança 76 metros.

Mas há outra vantagem: é possível combinar vários radiotelescópios, mesmo que estejam localizados em diversos países ou continentes, e obter imagens que equivalem, por sua nitidez e precisão, à capacidade de resolução de um telescópio ótico que tivesse uma lente de 12 mil quilômetros. Não é exagero dizer que com os melhores radiotelescópios hoje existentes é possível “enxergar” a mão de uma pessoa sobre a superfície da Lua.

Que tais supertelescópios são necessários quando se estudam os quasares ficou claro na noite de 5 de fevereiro de 1963: o astrônomo holandês Maarten Schmidt, trabalhando no Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech), nos Estados Unidos. decidiu seguir uma súbita inspiração. Ele havia observado as linhas espectrais encontradas na luz proveniente de uma fonte de radiação, na constelação de Virgem, denominada 3C 273, que significa: inscrição número 273 no Terceiro Catálogo de Fontes de Rádio da Universidade de Cambridge.

Essas linhas espectrais revelam os materiais que compõem o corpo celeste observado – e no caso do 3C 273 havia seis linhas amplas que, no entanto, não se ajustavam a nenhum dos 92 elementos que aparecem na natureza. Maarten pensou, então: e se as linhas espectrais não estivessem no lugar certo, por estarem submetidas ao efeito Doppler – os deslocamentos para o vermelho ou o azul? No deslocamento para o vermelho, a luz do corpo celeste se torna mais vermelha do que é na realidade, devido à velocidade de seu movimento no espaço; e, no deslocamento para o azul, ela se torna mais azul. É o mesmo que acontece com o som de uma ambulância que passa na rua em disparada: quando ela se aproxima de nós, a sirene fica mais aguda; quando ela se afasta, fica mais grave.

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O deslocamento para o azul equivale à subida do som e indica que o corpo celeste está se aproximando da Terra; o deslocamento para o vermelho indica que ele se afasta. Quase sempre a luz das estrelas apresenta deslocamento para o vermelho, pois o Universo se expande permanentemente e os corpos se distanciam uns dos outros. Nas estrelas comuns, o deslocamento para o vermelho é de 0,1 por cento – ou seja, sua luz fica 0,1 por cento mais vermelha. Maarten mediu o deslocamento do 3C 273 e não conseguiu evitar um comentário assustado à mulher, quando voltou para casa: “Hoje me aconteceu algo incrível”.

Incrível mesmo. O deslocamento para o vermelho que ele medira era de 15,8 por cento. Significa que aquele corpo celeste se afastava da Terra à velocidade de 47 000 quilômetros por segundo. Só para ter uma idéia: a Terra gira ao redor do Sol à velocidade de 30 quilômetros por segundo. Desde que o astrônomo americano Edwin Hubble (1889-1953) fixou o deslocamento para o vermelho como medida da velocidade de afastamento de um corpo celeste, ficou claro também que essa velocidade aumenta quanto mais longe da Terra esteja o referido corpo.

Atualmente, deslocamentos para o vermelho de 15,8 por cento não espantam mais ninguém. Correspondem a uma distancia de apenas 3 bilhões de anos-luz, que é onde se encontram os quasares mais próximos. O PKS 2000-330 que estamos conhecendo tem 350 por cento de deslocamento para o vermelho: significa que ele se afasta de nós à velocidade de 276 000 quilômetros por segundo — 92 por cento da velocidade da luz -e que está a algo em torno de 15 bilhões de anos-luz de distancia.

Depois da descoberta de Maarten Schmidt, os quasares ganharam o seu nome esquisito e entraram para o rol das preocupações dos astrofísicos. Algumas descobertas foram feitas: eles estão muito longe, viajam a velocidades altíssimas e são muito antigos. Analisando a radiação de um quasar no campo das ondas de rádio, cujo comprimento vai dos centímetros aos quilômetros, verifica-se que ela provém de uma fonte em forma de ponto. As galáxias comuns são fontes de rádio dilatadas, pois irradiam em toda a sua extensão, embora a intensidade vá aumentando aos poucos de fora para dentro.

A radiação do quasar é tão forte quanto a da galáxia, mas está concentrada num único ponto de origem. Durante algum tempo imaginou-se que estrelas gigantescas girassem no núcleo central dos quasares, a velocidades altíssimas – e com isso criando as fortes ondas de rádio que eles emitem. Cálculos precisos mostraram que tais estrelas não podem existir: ou seriam pequenas demais, ou girariam a tamanha velocidade que fatalmente seriam destruídas. Pensou-se também no encontro de grandes quantidades de matéria e antimatéria, capaz de provocar radiação tão forte. Mas esse caminho também não é o correto. Por que haveria tanta antimatéria nos quasares se não se encontra quase nada dela em nenhum outro ponto do Universo?

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A verdade é que é difícil imaginar como pode ser liberada tanta energia num ponto relativamente pequeno, de forma que o fenômeno possa ser registrado por nossos aparelhos, aqui na Terra, a uma distância descomunal como os 15 bilhões de anos-luz. As imagens obtidas através dos sinais de rádio mostram que as galáxias comuns têm, na parte externa, braços de espiral relativamente planos, e no centro uma parte mais larga, em forma de disco. Nos quasares, falta esse disco: a ponta de irradiação parece saltar diretamente de uma esfera. A explicação mais plausível para sua intensa luminosidade é a concentração de grande número de estrelas na parte central, apertadas como sardinhas em lata. É claro que essa comparação é forçada – ainda quando muito próximas, as estrelas estão a considerável distância umas das outras. Outra hipótese, mais recente, é que os quasares e sua extraordinária capacidade de radiação seriam fruto do choque ou encontro de duas ou mais galáxias. Isso provocaria o desvio das órbitas das estrelas e dos movimentos das nuvens de gás interestelar, e tudo seria então engolido pelo buraco negro.

Como se vê, há muito ainda que pesquisar e descobrir sobre esses fantásticos corpos celestes. Em janeiro passado, uma centena de cientistas reuniu-se em Tucson, Arizona, EUA, num congresso internacional destinado exclusivamente a discutir os quasares e as inúmeras teorias construídas em torno deles. As conclusões começarão a ser conhecidas nos próximos meses. Esses cientistas estão certos de que estão nos quasares as pistas mais promissores para confirmar e para que cheguemos, enfim, à compreensão da origem do Universo.

Para saber mais:

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Velozes raios do sol

(SUPER número 6, ano 4)

O brilho das estrelas negras

(SUPER número 4, ano 8)

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Atenção, tripulação!

(SUPER número 7, ano 8)

Deles nem a luz consegue escapar

Os buracos negros são uma engenhosa criação teórica que explica muita coisa no Universo, mas nada provou até agora, que eles existam de fato. Ninguém viu um buraco negro, pois eles têm características muito peculiares. Uma nave, para sair de um planeta, ou de um corpo celeste qualquer, deve ter uma velocidade suficiente para escapar à força de gravidade desse corpo. Os foguetes que levam satélites para a órbita da Terra devem subir a 11 quilômetros por segundo. Para sair da Lua são necessários 2 quilômetros por segundo. Já para sair do Sol seriam necessários 600 quilômetros por segundo.

Agora imaginemos um corpo celeste que fosse tão denso, com matéria tão concentrada, que exigisse mais de 300 000 quilômetros por segundo. Nesse caso nada poderia escapar dele? nem a luz, que viaja a essa velocidade – a maior que pode ser atingida, segundo as leis da Física. Os buracos negros são assim. Não podemos vê-los. porque eles não permitem que a luz saia e chegue até nós.

Segundo a Teoria da Relatividade Geral, de Albert Einstein a força gravitacional da matéria retarda a passagem do tempo. Quem olhasse um corpo muito denso a distância veria que o tempo ali corre devagar. O efeito dessa diminuição da velocidade do tempo será aumentar o comprimento da onda da luz emitida por esse corpo. Se a densidade do corpo aumentar além de um certo limite. O tempo pára, o comprimento da onda de luz torna-se infinito – o que significa que ela deixa de existir e a luz se apaga.

É provável que os buracos negros se formem com a morte das estrelas maciças. As camadas exteriores da estrela explodem, dando origem a uma supernova; e as camadas interiores implodem – e da implosão surgiria o buraco negro. Outros podem ter aparecido já na formação do Universo, quando densidades extremas marcaram a explosão do Big Bang.

É o possante campo de gravidade dos buracos negros que oferece a única possibilidade de detectar sua presença. No céu existem muitas estrelas duplas, que giram uma em torno da outra, muito próximas. Descrevem uma espécie de círculo centrado num ponto situado entre elas. Se uma dessas estrelas fosse um buraco negro, só seria vista sua companheira, descrevendo um círculo aparentemente sozinha – mas a influência gravitacional da outra se faria sentir. Alguns casos desse tipo são conhecidos.

Outra hipótese para explicar a origem dos buracos negros são os quasares, potentes emissores de radiação. A origem dessa radiação concentra-se num ponto minúsculo, no centro da galáxia. Parece paradoxal invocar a presença de um buraco negro para explicar um corpo que irradia tanto. É possível, pois o buraco negro atrai e devora tudo que está por perto: nuvens interestelares, planetas, estrelas. Graças à sua poderosa atração, esses corpos caem nele a uma velocidade prodigiosa – e nesse instante se aquecem e brilham intensamente, até atravessarem uma linha imaginária chamada horizonte do acontecimento. O que passar dessa linha não volta, nem mesmo a luz.