Afinal, quão grande é o Universo?

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*Este texto foi escrito por um colunista do TecMundo; saiba mais no final.

O Universo tal qual o conhecemos começou em algum momento há cerca de 13,8 bilhões de anos no evento conhecido como Big Bang. Nos seus primeiros instantes, o Universo estava repleto de partículas de matéria, antimatéria, radiação e existia em um estado extremamente quente e denso, mas que se expandia e resfriava.

Desde esse estágio inicial, o Cosmos continua se expandindo, esfriando e evoluindo de acordo com as leis da física. À medida em que isso ocorreu, uma série de eventos importantes o conduziram às estruturas que observamos e habitamos hoje: um planeta ordinário localizado em um braço externo de uma galáxia comum nos arredores de um superaglomerado local.

O superaglomerado Laniakea que contém a Via Láctea (ponto vermelho)O superaglomerado Laniakea que contém a Via Láctea (ponto vermelho)Fonte:  Tully, R. B. et al (2014). 

Da forma como o observamos hoje, o Universo é um lugar vasto e grandioso, repleto de estrelas, buracos negros, quasares, galáxias, aglomerados de galáxias e enormes regiões de vazios entre eles. É bastante notável como a humanidade tem conseguido montar toda essa história cósmica, partindo de um “nada” até chegar a essas estruturas, indo do menor dos tempos até os nossos dias.

Sabemos, por exemplo, que com o passar das eras, a interação gravitacional continuará a puxar as grandes concentrações de matéria umas para as outras, enquanto a expansão do Universo continuará funcionando para separá-las. Não muito mais que 20 anos atrás, descobrimos que o destino final do Universo possivelmente será um cenário como este: a taxa com a qual ele se expande (que ocorre devido à uma componente misteriosa conhecida como energia escura) eventualmente derrotará por completo a força exercida pela atração gravitacional. Isso significa que nosso Universo poderá nunca voltar a colapsar sobre si mesmo em um único ponto.

Linha do tempo do Universo observávelLinha do tempo do Universo observávelFonte:  NASA 

À medida que o Universo continua a se expandir e a crescer cada vez mais, é inevitável surgir a questão: afinal, qual é o tamanho do Universo?

Bom, não é possível responder essa questão com um valor exato, dotado de uma precisão métrica. Primeiro, porque, como já deu para perceber, seu tamanho aumenta continuamente. Segundo, porque a melhor resposta que temos é uma estimativa com base “apenas” no que conseguimos observar com nossos instrumentos e na análise dos dados.

Falar sobre essa estimativa em uma resposta relativamente simples seria: o volume que contém a porção do Universo que conseguimos ver, chamado de universo observável, se expandiu para um raio de cerca de 46,5 bilhões de anos-luz. Isso é equivalente a dizer que o diâmetro do universo que podemos estudar corresponde a aproximadamente 93 bilhões de anos-luz.

Porém, como somos curiosos e como uma resposta dessas não costuma nos satisfazer muito, logo surge a próxima: mas e o que está além? Quanto ao universo “inobservável”, aquele que não podemos ver e nem obter informações?

Se responder a primeira questão já não era fácil, tentar responder essa, então...

Quando olhamos para distâncias cada vez maiores no Cosmos, nós vemos as estruturas não apenas como elas estavam àquela distância, mas também como elas eram no passado: fazemos uma espécie de viagem no tempo, devido à velocidade finita da luz. O Universo mais distante é muito menos aglomerado e mais uniforme, uma vez que, no passado, ele ainda não havia tido tempo suficiente para formar estruturas maiores e mais complexas devido aos efeitos da gravidade. O Universo distante também era mais quente. Sua expansão faz com que toda a luz que viaja por ele seja estendida em comprimentos de onda. Conforme isso ocorre, os fótons perdem energia e tornam-se mais frios.

Representação esquemática da evolução do Universo, desde os instantes iniciais até hojeRepresentação esquemática da evolução do Universo, desde os instantes iniciais até hojeFonte:  SDSS 

De forma simplificada, a forma como chegamos ao tamanho do Universo hoje é através do entendimento de três coisas: a rapidez com que o Universo se expande hoje, quão quente (ou frio) ele está atualmente e qual é sua composição. Com essas informações é possível extrapolar de volta aos primeiros instantes do Big Bang e chegar a uma estimativa confiável para a sua idade e o seu tamanho.

O mapa do Universo com o levantamento astronômico SDSS. Cada ponto é uma galáxia e a barra de cores representa a densidade localO mapa do Universo com o levantamento astronômico SDSS. Cada ponto é uma galáxia e a barra de cores representa a densidade localFonte:  SDSS 

Sobre a parte do Universo que está além dos limites de nossas observações, só podemos fazer inferências com base nas leis da física. As análises das observações de grandes levantamentos astronômicos realizados nas últimas décadas apontam que o universo não-observável deve ter pelo menos 250 vezes o raio da parte observável. Isso significa que o Universo poderia ter ao menos 23 trilhões de anos-luz de diâmetro, o que corresponderia a um volume de espaço mais de 15 milhões de vezes maior do que o conseguimos observar hoje. Isso tudo assumindo que o nosso é o único universo que existe.

Essa é uma resposta satisfatória para você?

Nícolas Oliveira, colunista do TecMundo, é licenciado em Física e mestre em Astrofísica. É professor e atualmente faz doutorado no Observatório Nacional, trabalhando com aglomerados de galáxias. Tem experiência com Ensino de Física e Astronomia e com pesquisa em Astrofísica Extragaláctica e Cosmologia. Atua como divulgador e comunicador científico, buscando a popularização e a democratização da ciência. Nícolas está presente nas redes sociais como @nicooliveira_.