Desde que começou a enviar dados para a Terra em 2022, o Telescópio Espacial James Webb (JWST) teve um enorme impacto na astronomia, e uma das suas conquistas mais revolucionárias foi observar algumas das galáxias mais distantes já observadas. No entanto, como a luz não viaja instantaneamente – em vez disso, move-se a cerca de 300 milhões de metros (985 milhões de pés) por segundo no vácuo – vemos essas galáxias não como são hoje, mas como eram há milhares de milhões de anos.
Além disso, a idade do Universo é estimada em cerca de 13,8 mil milhões de anos. Portanto, devemos assumir que a galáxia mais distante que podemos esperar ver não está a mais de 13,8 mil milhões de anos-luz de distância. (Um ano-luz é a distância que a luz percorre em um ano.) Este ponto deveria ser uma espécie de “horizonte cósmico” – além do qual nenhum telescópio deveria ser capaz de ver. Como nada pode viajar pelo espaço mais rápido do que a velocidade da luz, isso significa que não deveria haver nenhuma galáxia a mais de 13,8 mil milhões de anos-luz de distância e que afastar-se de nós ao longo do tempo poderia afetar a Terra. não é?
erro. Se ao menos o universo fosse tão simples.
“O horizonte cósmico é a distância máxima a partir da qual as informações podem ser recuperadas”, disse Jake Hilton, astrônomo da Universidade do Arizona que faz parte da equipe JWST Advanced Deep Extragalactic Survey (JADES), ao Space.com.
“Existem alguns horizontes cósmicos diferentes”, continuou Hilton, “que têm definições diferentes e dependem de diferentes quantidades cósmicas. O mais importante aqui é o horizonte cósmico, que representa a distância máxima que a luz pode viajar até nós durante a vida do ser. universo. Isso define
“A borda do universo visível.”
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Em março de 2024, os cientistas do JADES revelaram que o poderoso telescópio havia descoberto JADES-GS-z14-0, a galáxia mais distante e mais antiga já vista pelos humanos. Mas a ironia é que o JADES-GS-z14-0 está localizado a cerca de 33,8 mil milhões de anos-luz de distância.
Como podemos ver a luz vindo de um objeto tão distante que a idade do universo não permite que ela chegue até nós? A localização do JADES-GS-z14-0 a 33,8 mil milhões de anos-luz de distância não significa que o vemos como era há 33,8 mil milhões de anos, o que certamente desafiaria a estimativa da idade do Universo?
Não tão. Mais uma vez, isso é evidência de que o universo tem uma maneira de virar conclusões razoáveis e lógicas de cabeça para baixo.
“Como podemos observar uma galáxia distante como a JADES-GS-z14-0, que está a mais de 13,8 mil milhões de anos-luz de distância de nós, e cuja luz parece ter demorado mais do que a idade do Universo para chegar até nós?” Hilton perguntou retoricamente. “A resposta é a expansão do universo.”
Veja uma galáxia maior que o próprio tempo
Se o universo fosse estático, a luz de uma galáxia a 33,8 bilhões de anos-luz de distância levaria 33,8 bilhões de anos para chegar até nós, e pronto. Mas no início da década de 1900, Edwin Hubble descobriu que as galáxias distantes pareciam estar a afastar-se umas das outras e, quanto maior a distância entre elas, mais rapidamente se moviam. Em outras palavras, o universo não é estático; Está se expandindo.
A questão tornou-se mais complicada em 1998, à medida que o século XX se aproximava do fim, quando duas equipas distintas de astrónomos observaram que não só o Universo estava a expandir-se, mas que a expansão estava a acelerar. Na verdade, a força responsável por isto permanece um mistério, mas tem sido chamada de “energia escura”.
Existem dois períodos principais e distintos de expansão ao longo dos 13,8 bilhões de anos de história do universo. O primeiro é um período inicial de rápida inflação cósmica que hoje é geralmente chamado de “Big Bang”.
Esta era inflacionária viu o tamanho do universo aumentar por um fator de 10^26 (10 seguido de 25 zeros). Isso equivale a uma unha crescendo de 1 nanômetro por segundo para repentinamente 10,6 anos-luz (62 nanômetros). Trilhão O universo tem 1,9 milhão de milhas de comprimento. Nesta época, o universo era dominado pela energia, e este período é conhecido como a Era do Domínio da Energia.
Isto foi seguido por uma era dominada pela matéria que começou 47.000 anos após o Big Bang. Eventualmente, a expansão cósmica permitiu que o universo esfriasse o suficiente para permitir a formação de prótons a partir de quarks e glúons, e os prótons então se ligaram aos elétrons para formar os primeiros átomos de hidrogênio, que formaram as primeiras estrelas e galáxias. Durante este período, a expansão do universo causada pelo Big Bang desacelerou quase até parar.
A era do domínio da matéria chegou ao fim abruptamente quando o Universo tinha menos de 10 mil milhões de anos. Neste momento, o universo de repente começou a se expandir rapidamente novamente. Além disso, esta expansão tornou-se cada vez mais rápida e continua a acelerar até hoje. Este terceiro período importante do universo é chamado de era de domínio da energia escura. Esta é a era em que vivemos atualmente.
Graças a estes períodos de expansão do universo, a luz do JADES-GS-z14-0 viajou até ao JWTS e à Terra durante apenas 13,5 mil milhões de anos, embora a sua fonte esteja agora muito mais distante do que 13,5 mil milhões de anos-luz. Isto significa que o Telescópio James Webb vê JADES-GS-z14-0 tal como era 300 milhões de anos após o Big Bang. Sem a expansão do Universo, JADES-GS-z14-0 ainda estaria a cerca de 13,5 mil milhões de anos-luz de distância, embora ainda tivesse experimentado movimentos locais mais pequenos que o teriam aproximado ou afastado de galáxias próximas. Mas tal movimento galáctico não estava nem perto do tipo causado pela expansão do universo.
Segundo Hilton, o horizonte cósmico, ou “horizonte de fótons”, é uma esfera com limite a cerca de 46,1 bilhões de anos-luz de distância, um número determinado pela expansão do universo. Este é o verdadeiro horizonte além do qual não deveríamos “ver” uma galáxia. A galáxia JADES-GS-z14-0 já está neste horizonte.
Para evitar confusão, os astrônomos usam na verdade duas escalas para medir a distância: uma distância de comoção que exclui a expansão do universo como fator, e uma distância adequada que a inclui. Isto significa que a distância de comoção de JADES-GS-z14-0 é de 13,5 mil milhões de anos-luz, enquanto a sua distância adequada é de 33,8 mil milhões de anos-luz.
No entanto, a distante e antiga JADES-GS-z14-0 e outras galáxias nem sempre serão visíveis.
Sorte de possuir o Telescópio Espacial James Webb
O fato de o Telescópio James Webb poder ver a galáxia Gadis-GS-Z14-0 significa que ela já esteve “causalmente conectada” à Terra e ao universo local. Em outras palavras, um sinal da galáxia Gaddis-GS-Z14-0 poderia ter chegado até nós na Via Láctea e, portanto, uma “causa” nesta galáxia que existia no início dos tempos pode ter um “efeito” em nossa galáxia . Nesta era moderna do universo.
“Qualquer galáxia observável deve estar dentro do horizonte de partículas e deve estar causalmente conectada a nós em algum ponto da história do universo”, disse Hilton.
Mas este não é mais o caso agora. Galáxias como a JADES-GS-z14-0 e outras descobertas pelo JADES estão agora tão distantes e afastando-se de nós tão rapidamente, graças à energia escura, que nenhum sinal delas consegue chegar até nós hoje. Isto ocorre porque o horizonte de fotões está a afastar-se de nós à velocidade da luz, mas para JADES, o horizonte de fotões está a afastar-se de nós à velocidade da luz. verdadeiramente Objetos distantes, o espaço entre a Via Láctea e essas galáxias está se expandindo mais rápido Da velocidade da luz.
Isto pode parecer implausível, uma vez que a teoria da relatividade especial de Albert Einstein estabelece a velocidade da luz como um limite de velocidade universal. No entanto, esta é uma regra para objetos com massa em movimento. durante Espaço, não a base da própria estrutura do espaço.
Cerca de dois biliões de anos após o desaparecimento da Terra e da humanidade, a expansão do universo significa que qualquer espécie inteligente que nos substitua na Via Láctea (se isso acontecer), não será capaz de ver quaisquer galáxias que existam fora do nosso grupo local – que tem cerca de 10 metros de diâmetro.
É uma ideia chocante e significa que a humanidade vive num ponto único na história do universo onde as galáxias mais distantes ainda estão à nossa vista. Somos capazes de saber mais sobre o universo e suas origens do que qualquer vida inteligente que possa nos seguir. Astrônomos, incluindo Hilton, planejam usar o Telescópio James Webb para aproveitar ao máximo esse privilégio cósmico.
“Trabalhar com o JWST e a colaboração JADES tem sido ótimo”, disse Hilton. “Escrever artigos de pesquisa sobre ciência com o JWST, como meu artigo recente sobre
O JADES-GS-z14-0 foi a experiência mais emocionante e gratificante
“Da minha carreira de pesquisa.”
