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Supernovas, relógios cósmicos

Por Da Redação Atualizado em 31 out 2016, 18h37 - Publicado em 31 mar 1996, 22h00

Thereza Venturoli

Ela existe por menos de 1 segundo. A supernova não é exatamente um corpo no espaço, mas um acontecimento. Uma grande explosão que aniquila os restos de uma estrela que já estava morta. Só que a violência é tanta que, em um curtíssimo instante, lança para o espaço mais energia do que o Sol seria capaz de emitir se estivesse brilhando desde o início dos tempos. Agora, pesquisas mostram que essas superbombas têm chance de colocar um ponto final na interminável discussão sobre quando foi criado o Cosmo. É que os astrônomos querem transformá-las em relógios da idade do Universo. Veja por que e como.

Para quem assiste de longe, acompanhando tudo só pela imprensa, a controvérsia sobre a origem do Universo parece uma gangorra. Ora os astrônomos estão convencidos de que ele surgiu há 15 bilhões de anos, de uma explosão primordial que criou toda a matéria e todo o espaço. Ora aparece alguém dizendo que isso está errado, que o cronômetro cósmico não marca mais do que 8 ou 10 bilhões de anos e que o Big Bang jamais existiu. Na verdade, um dos principais causadores dessas divergências é o relógio que se escolhe para medir há quantos milênios tudo começou.

Com a descoberta de um medidor mais confiável, o embate entre os especialistas pode estar nos seus lances finais. Para encerrar o assunto, seis equipes de astrofisicos, cinco nos Estados Unidos e uma no Chile, estão debruçadas sobre fotografias do céu. Eles estudam as “supernovas de anãs brancas”, expiosões de estrelas relativamente pequenas e pobres em hidrogênio (veja nas páginas seguintes). Ocorre que seu brilho é tão intenso que se torna possível detectã-lo a distancias descomunais e, com isso, enxergar os confins do mundo. O que é fundamental para calcular a sua idade.

Um potente farol aceso no céu

Quando uma anã branca estoura, a energia que ela libera faz a sua luz ficar 200 milhões de vezes mais forte do que a do Sol. Com isso ela se torna visível a distancias bem superiores aos pontos de referência normalmente usados pelos astrônomos em seus cálculos. Por estarem tão afastadas da Terra e, mesmo assim, serem perceptíveis, é que cientistas defendem que as supernovas são as balizas mais seguras para as avaliações siderais. “Acreditamos que elas fornecem, hoje, a medida mais confiável de grandes espaços”, afirma o astrônomo David Branch, da Universidade de Oklahoma, nos Estados Unidos.

Determinar quando aconteceu o pontapé inicial que teria dado origem a tudo o que existe é um trabalho semelhante a passar o filme de uma granada explodindo, só que de trás para a frente. Os estilhaços que estavam espalhados vão se juntando até formar de novo a granada compacta. Para os pesquisadores, os estilhaços são as galáxias, a explosão, o Big Bang, e a granada, o minúsculo ponto em que tudo estava concentrado quando nada existia ainda. Como não tinha nenhum cineasta lá para filmar o momento zero, eles “assistem” à grande gênese calculando a velocidade e o distanciamento entre as galáxias. Tendo esses dados, pode-se deduzir, com uma conta simples, o tempo que decorreu desde a partida.

A técnica para conhecer a rapidez de afastamento entre os astros foi criada pelo americano Vesto Slipher, em 1913, e definitivamente estabelecida pelo astrônomo Edwin Hubble na década de 20 (veja infográfico ao lado). Já determinar a distancia entre os corpos celestes continua sendo um problema. Para as galáxias que estão perto da Terra, as cefeidas, estrelas gigantescas que pulsam de uma maneira regular, são os melhores indicadores. Mas foram justamente elas o pivô do último grande susto pregado na teoria do Big Bang.

Redemoinhos de estrelas

Foi observando cefeidas que, no final de 1994, duas equipes americanas, uma liderada por Wendy Freedman, dos Observatórios Carnegie, na Califórnia, e outra por Michael Pierce, da Universidade de Indiana, verificaram que duas galáxias no aglomerado de Virgem estavam a 54 milhões de anos-luz da Terra e se afastando de nós a 1 000 quilômetros por segundo. Se as informações estivessem corretas, elas não poderiam ter levado mais do que 8 ou, no máximo, 12 bilhões de anos para se afastar tanto e chegar onde estão. Assim, essa teria que ser a idade do Universo e não a conhecida cifra de 15 bilhões de anos. Foi um rebu (veja Big Bang fechado para balanço, ano 8, número 12).

O erro de Freedman e Pierce, segundo outros cientistas, teria sido esquecer os movimentos locais. Tudo nas proximidades da Via Láctea é puxado por uma forte correnteza chamada Grande Atrator (veja Atenção, tripulação, ano 8, número 7). Ou seja, as estrelas não seguem só o empurrão inicial dado pelo Big Bang. Seu movimento pode ser comparado ao de um rio, em que a velocidade de expansão é a correnteza. Mas existem regiões perto das margens onde a água corre mais devagar, entra em re demoinho s e p o de at é p arar em poças. No espaço acontece o mesmo. Quando galáxias chegam muito perto, elas se “enroscam” umas nas outras, freando e até mudando temporariamente de direção. Os cientistas chamam a isso de movimentos locais (veja na página ao lado).

Para evitar esse efeito, é preciso olhar para além de 300 milhões de anos-luz. Os corpos que ficam assim longe se afastam de nós a velocidades próximas à da luz. Ou seja, a rapidez de expansão supera qualquer movimento local. A questão é encontrar uma referência tão remota mas confiável. Aí é

Em busca da luz original

Para avaliar a distancia das supernovas em relação à Terra, os astrônomos se defrontam com um obstáculo essencial. Eles precisam saber exatamente qual é a quantidade de luz liberada durante a detonação. Ou seja, o seu brilho real. A razão dessa necessidade é simples. Muitos estouros cósmicos estão registrados em fotos tiradas por telescópios. Mas é claro que a imagem fica mais fraca quando se olha de longe. Por isso, as chapas arquivadas IIOS observatórios registram apenas uma fração da quantidade de energia realmente emitida. Como se conhece a regra de enfraquecimento da luz–se a distancia dobra, a quantidade é dividida por quatro–, os estudiosos poderiam usar essa relação matemática para deduzir a que distancia a eclosão ocorreu. Desde que determinem qual foi o seu brilho real.

Isso está levando algumas equipes a um verdadeiro trabalho de arqueologia celestial. Elas têm que vasculhar o céu em busca dos restos de explosões ocorridas muitos anos atrás. Os estilhaços geralmente estão na forma de imensas nuvens de gás e poeira. A partir daí, é preciso reconstitu.tir a “cara” da supernova, sobretudo o momento em que ela alcança a máxima luminosidade. Como se vê, não é muito diferente de refazer o corpo de um animal já desaparecido analisando os poucos ossos que restaram do esqueleto original.

Foi com isso na cabeça que, desde o início do ano passado, dezenas de astrônomos começaram a procurar pistas sobre a energia luminosa emitida pelas supernovas. Acharam várias. Uma delas, o níquel-56, é uma das várias substancias radioativas produzidas pela deflagração, que é acionada por violentas reações nucleares. Muito abundante nos resíduos cósmicos, e por isso fácil de detectar e medir, o níquel é uma medida segura da força que o criou. E seu volume na nuvem de estilhaços é diretamente proporcional ao brilho produzido no início. “Quanto mais níquel, maior a energia luminosa liberada”, explica Alexei Khokhlov, da Universidade do Texas.

Dois métodos, resposta igual

Khokhlov não perdeu tempo. Mediu a distancia de várias supernovas e de posse desses dados estimou que a idade do Universo deve andar entre 13 bilhões e 14 bilhões de anos. Outro arqueólogo das galáxias, David Branch, achou número parecido, um pouco acima dos 14 bilhões. Branch utilizou um método diferente do de Khokhlov (mais indireto e complicado), mas obteve um resultado praticamente igual ao dele. Sinal de que as medidas estão no mesmo rumo. Elas também são consistentes com a idade das mais antigas estrelas que, até segunda ordem, têm 14 bilhões de anos (veja o infográfico ao lado).

Em resumo, as supernovas inspiram confiança. A própria Wendy Freedman, que havia dado ao Universo apenas 8 bilhões de anos, declarou à revista americana Science que está impressionada: “Os resultados parecem muito promissores”. Apesar disso, Wendy não abre mão do seu próprio número, obtido por meio das estrelas da categoria das cefeidas (veja na página 66). É um método diferente do das supernovas. O argumento da cientista é que sabemos pouco sobre o Universo e que, por enquanto, não se deve descartar uma linha de pesquisa em detrimento de outra.

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Se depender dela, portanto, a disputa vai continuar. Branch pensa diferente: “Vamos colocar um ponto final nessa discussão”, garante. Ele só, espera que isso aconteça logo. “Eu já i não sou tão jovem e não quero perder o desfecho da história”.

A morte depois da morte

Veja aqui e nas páginas seguintes como acontece uma supernova de anã branca.

1 Dupla bailarina

Duas estrelas giram uma em torno da outra. Uma é muito grande, ainda ativa, como se fosse um imenso reator nuclear. A outra é uma anã branea, de tamanho próximo ao da Terra. Ela e um caroço fóssil que restou de uma estrela parecida com o Sol depois de ter esgotado seu combustível, o hidrogênio.

2. Irmã gêmea comilona

Depois de milhões de anos. a estrela que estava ativa esgota tambem suas reservas de hidrogênio. Mas, como era muito maior que o Sol, se transforma numa gigante vermelha. Seu tamanho aumenta em até 2 500 vezes. A anã branca começa, então, a sugar lentamente a matéria da vizinha moribunda.

3. Falsa magra

Os gases da gigante vermelha se acumulam sobre a anã branca e vão aumentando a densidade do caroço. Ao contrário do que seria de se supor. ela não aumenta de tamanho, só de “peso”. É que o hidrogenio absorvido espreme cada vez mais os átomos de carbono e oxigênio que constituem o núcleo da anã.

O segredo da velocidade

A expansão do Universo é a mesma para todos os lados. Mas quanto mais longe uma galáxia está, mais rápido ela viaja.

1. No momento do Big Bang, todo o espaço e toda a matéria estavam contraídos num único minúsculo ponto.

2. A explosão deu o impulso para o espaço se expandir, levando junto tudo o que está nele: gases, energia, estrelas e galáxias.

3. A velocidade de expansão aumenta com a distância. A taxa desse ” inchaço” é chamada constante de Hubble. Sabendo a distância entre uma galáxia qualquer e a Terra, e conhecendo a velocidade dela hoje, é fácil verificar quanto tempo ela levou para chegar até ali, a partir do Big Bang.

Quando a vizinha atrasa a viagem

A expansão não é o único movimento das galáxias. Elas também mexem umas com as outras.

1. O Big Bang está expandindo o espaço e toda a matéria que há nele.

2. Duas galáxias muito próximas ficam presas pela força de gravidade mútua. O ritmo delas muda, às vezes acelerando, às vez freando. Se for medida neste ponto, a taxa de expansão do Cosmo parece maior ou menor.

Quantos anos tem uma estrela

Os astrônomos “pesam” o astro e verificam em que estágio de desenvolvimento se encontra. Cruzando esses dados, determinam o quanto aquele corpo já viveu. Veja abaixo como se faz.

As gigantes

Uma estrela com massa até dez vezes maior do que a do Sol é tão pesada que queima seu combustível rapidamente. Por isso, viverá, no máximo, 10 milhões de anos. Se estiver morrendo. está próxima da idade limite.

A classe média

É a turma que tem massa equivalente à do Soi. Dura uns 10 bilhões de anos. Ou seja, 1000 vezes mais do que as gigantes. Se uma prima do Sol estiver na meia-idade, como aliás é o caso desta. ela terá cerca de 5 bilhões de anos.

Pequenas anciãs

Ouanto mais leves, mais duram, porque gastam lentamente as reservas energéticas. No patamar de massa dez vezes inferior à do Sol, a longevidade é enorme. Por isso, já se encontraram anãs com até 1.4 bilhões de anos. São os corpos mais antigos conhecidos.

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