O que está no Limite do Universo?

p> Também é possível que o universo não seja uniforme para além do que podemos ver, e as condições são muito diferentes de lugar para lugar. Essa possibilidade é o multiverso cosmológico. Não sabemos se existe um multiverso neste sentido, mas como não podemos ver de uma forma ou de outra, é sensato manter a mente aberta.

Jo Dunkley

Professor, Física e Ciências Astrofísicas, Universidade de Princeton, cuja pesquisa é em cosmologia e estudando as origens e evolução do Universo

Mais do mesmo!

Okay, então nós não pensamos que haja uma vantagem no Universo. Pensamos que ou continua infinitamente longe em todas as direcções, ou talvez esteja embrulhado em si mesmo para que não seja infinitamente grande, mas ainda assim não tenha arestas. A superfície de um donut é assim: ele não tem uma borda. É possível que todo o universo seja assim também (mas em três dimensões – a superfície de um donut é apenas bidimensional). Isso significa que você poderia partir em qualquer direção para o espaço em uma nave-foguete, e se você viajasse por tempo suficiente você voltaria para onde você começou. No edges.

Mas também há uma coisa que chamamos de universo observável, que é a parte do espaço que podemos realmente ver. O limite disso é o lugar para além do qual a luz não teve tempo para nos alcançar desde o início do universo. Essa é apenas a borda do que podemos ver, e além disso é provavelmente mais do mesmo material que podemos ver ao nosso redor: super-clusters de galáxias, cada enorme galáxia contendo bilhões de estrelas e planetas.

Jessie Shelton

Professor Assistente, Física e Astronomia, Universidade de Illinois Urbana-Champaign, cuja pesquisa se concentra na astrofísica e cosmologia

Isso depende do que você quer dizer com a borda do universo. Porque a velocidade da luz é finita, enquanto olhamos cada vez mais longe no espaço, olhamos cada vez mais longe no tempo – mesmo quando olhamos para a galáxia ao lado, Andrómeda, não vemos o que está acontecendo agora, mas o que estava acontecendo há dois milhões e meio de anos quando as estrelas de Andrómeda emitiram a luz que nossos telescópios só agora estão detectando. A luz mais antiga que podemos ver veio de longe, por isso, num sentido, a borda do universo é o que podemos ver na luz mais antiga que nos chega. Em nosso universo, este é o fundo cósmico do microondas – um brilho tênue e persistente do Big Bang, marcando quando o universo esfriou o suficiente para deixar os átomos se formarem. Isto é chamado a superfície da última dispersão, pois marca o lugar onde os fótons pararam de ping-pongingar entre os elétrons em um plasma ionizado quente e começou a fluir através do espaço transparente, atravessando bilhões de anos-luz até nós na Terra. Então você poderia dizer que o limite do universo é a superfície da última dispersão.

O que está no limite do universo neste momento? Bem, nós não sabemos – não podemos, teríamos que esperar que a luz que está sendo emitida lá agora para chegar aqui muitos, muitos bilhões de anos no futuro, e como o universo está se expandindo cada vez mais rápido, provavelmente não será capaz de chegar aqui de jeito nenhum – mas podemos fazer um palpite. Na maior escala, o nosso universo parece praticamente o mesmo em qualquer direção que olhamos. Assim, se você estivesse no limite do nosso universo observável hoje, você veria um universo que parecia mais ou menos igual ao nosso – galáxias, grandes e pequenas, em todas as direções. Assim, um palpite muito bom para o que está no limite do universo agora é simplesmente, mais universo: mais galáxias, mais planetas, talvez até mais seres vivos fazendo a mesma pergunta.

Michael Troxel

Professor Assistente, Físico, Duke University cujas pesquisas se concentram em cosmologia observacional e teórica

Embora o Universo seja provavelmente infinito em tamanho, há na verdade mais do que uma ‘borda’ prática.

Pensamos que o Universo é na verdade infinito – ele não tem nenhuma borda para ele. Se o Universo é ‘plano’ (como uma folha de papel), como nós o testamos para ser melhor do que uma percentagem de precisão, ou ‘aberto’ (como uma sela), então ele realmente é infinito. Se é ‘fechado’, que é como uma bola de basquetebol, então não é infinito. Entretanto, se você for longe o suficiente em uma direção, você acabará voltando para onde você começou – pense apenas em se mover ao longo da superfície da bola. Como um hobbit chamado Bilbo disse uma vez, “A Estrada vai e vem da porta onde começou” (repetidamente…).

O Universo ainda tem uma ‘vantagem’ para nós, embora duas, realmente. Isto é devido a uma parte da Relatividade Geral que diz que todas as coisas (incluindo a luz) no Universo têm um limite de velocidade – cerca de 670 milhões de milhas por hora – e esse limite de velocidade é o mesmo em todo o lado. Nossas medições também nos dizem que o Universo está se expandindo em todas as direções, e não apenas se expandindo, mas se expandindo cada vez mais rápido com o tempo. Isto significa que quando observamos um objeto muito longe de nós, a luz desse objeto leva algum tempo para chegar até nós (a distância dividida pela velocidade da luz). O complicado é que como o espaço se expande enquanto essa luz viaja até nós, a distância que a luz tem de percorrer também aumenta com o tempo no seu caminho até nós.

Então a primeira coisa que você pode perguntar é qual é a distância mais distante que poderíamos observar a luz de um objeto se ela fosse emitida logo no início do Universo (que tem cerca de 13,7 bilhões de anos). Isto acontece a cerca de 47 bilhões de anos-luz de distância (um ano-luz é cerca de 63.241 vezes a distância entre a Terra e o Sol), e é chamado de ‘horizonte em movimento’. Você também pode fazer a pergunta de forma ligeiramente diferente. Se enviarmos uma mensagem à velocidade da luz, qual é a distância mais distante que alguém de outro planeta poderia receber? Isto é ainda mais interessante, porque a taxa de expansão do Universo torna-se mais rápida no futuro (em vez de abrandar no passado).

Acontece que mesmo que a mensagem viajasse para sempre, ela só seria capaz de alcançar alguém que estivesse a 16 bilhões de anos-luz de nós agora. Isto é chamado o ‘horizonte de eventos cósmicos’. O planeta mais distante que conseguimos observar está apenas a cerca de 25 mil anos-luz de distância, por isso ainda podemos eventualmente dizer olá a todos os que sabemos que possam existir no Universo até agora. A distância mais distante que nossos telescópios atuais podem ter identificado uma galáxia de nós é apenas cerca de 13,3 bilhões de anos-luz, então não podemos ver o que está em qualquer uma dessas ‘arestas’ neste momento. Então ninguém sabe o que está em nenhuma dessas ‘arestas’!

Abigail Vieregg

Professor Assistente no Instituto Kavil de Física Cosmológica da Universidade de Chicago

Utilizando telescópios na Terra, olhamos para a luz vinda de lugares distantes no universo. Quanto mais longe estiver a fonte da luz, mais tempo leva para que essa luz chegue até aqui. Então, quando você olha para lugares distantes, você está olhando para como esses lugares eram quando a luz que você viu foi criada – não para como esses lugares são hoje. Você pode continuar olhando para mais longe e mais longe, correspondendo a mais longe e mais longe no tempo, até atingir um lugar correspondente a algumas centenas de milhares de anos após o Big Bang. Antes disso, o universo era tão quente e denso (bem antes de haver estrelas e galáxias!) que qualquer luz no universo simplesmente se agitava, e nós não podemos vê-lo com nossos telescópios hoje. Este lugar é o limite do “universo observável” – às vezes chamado de horizonte – porque não podemos ver além dele. Com o passar do tempo, este horizonte muda. Se você pudesse olhar para fora de outro planeta em algum outro lugar do universo, presumivelmente você veria algo muito semelhante ao que vemos aqui da Terra: seu próprio horizonte, limitado pelo tempo decorrido desde o Big Bang, a velocidade da luz, e a forma como o universo se expandiu.

Como se parece hoje o lugar que corresponde ao horizonte da Terra? Não podemos saber, já que só podemos ver esse lugar como era logo após o Big Bang, não como é hoje. Entretanto, todas as medidas indicam que todo o universo que podemos ver, incluindo a borda do universo observável, parece aproximadamente como o nosso universo local de hoje: com estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias e muito espaço vazio.

Acreditamos também que o universo é muito maior do que a parte do universo que podemos ver aqui da Terra hoje, e não há “borda” para o próprio universo. É apenas espaço tempo, expandindo.

Arthur B. Kosowsky

Professor, Física, Universidade de Pittsburgh, cuja pesquisa se concentra na cosmologia e questões relacionadas à física teórica

Uma das propriedades mais fundamentais do universo é a sua idade, que a partir de uma variedade de medidas determinamos agora ser de 13,7 bilhões de anos. Como também sabemos que a luz se propaga a uma velocidade constante, isto significa que um raio de luz que começou muito cedo viajou uma determinada distância até hoje (chamada “distância do horizonte” ou “distância de Hubble”). Como nada se propaga mais rapidamente do que a velocidade da luz, a distância de Hubble é a distância mais distante que podemos observar em princípio (a menos que descubramos alguma forma de contornar a teoria da relatividade!).

Temos uma fonte de luz que nos chega quase da distância Hubble: a radiação cósmica de fundo de microondas. Sabemos que não há “borda” do universo para fora da distância da origem do fundo de microondas, que é quase toda a distância Hubble longe de nós. Assim, normalmente assumimos que o Universo é muito maior do que o nosso próprio volume observável de Hubble, e qualquer borda real que possa existir está muito mais longe do que alguma vez poderemos observar. Isto poderia não estar correto: talvez o universo tenha uma borda logo além da distância de Hubble de nós, e além disso são monstros marinhos. Mas como todo o universo que podemos observar parece relativamente semelhante e uniforme, este seria um estado de coisas extremamente estranho.

Por isso receio que nunca teremos uma boa resposta à pergunta: o universo pode não ter nenhuma borda, e se tem uma borda, essa borda está longe o suficiente para que a luz da borda ainda não tenha tido tempo suficiente para chegar até nós em toda a história do universo. Temos que nos contentar em compreender a parte do universo que podemos realmente observar.

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