2019 tem sido um ano muito importante para a ciência do Universo. No dia 10 de abril, foi revelada, pela primeira vez, a imagem de um buraco negro. O feito envolveu uma equipe de centenas de cientistas ao redor do mundo e oito telescópios para captar a estrutura localizada na galáxia de Messier 87, a 5 milhões de anos-luz da Terra. Em 29 de maio, o mundo científico relembrou os 100 anos da observação astronômica na cidade de Sobral, no Ceará, durante um eclipse solar, quando se fotografou pela primeira vez a luz das estrelas que se curvaram no espaço-tempo perto do sol. Ambas as imagens comprovam as predições da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein sobre o espaço-tempo não serem absolutos.

Mesmo com tantas evidências científicas, ampliadas pela evolução das tecnologias astronômicas, ainda existem muitos questionamentos sobre a origem e a estrutura do universo. Conversamos com os cientistas do Departamento de Física da UFLA, os professores José Nogales e Karen Luz, a respeito dos principais mitos e descobertas sobre o cosmos.

O Big Bang é um fenômeno bastante difundido. Mas, afinal, que indícios demonstram esse acontecimento?

Nogales: Uma das principais evidências científicas de que houve um momento da origem do espaço-tempo é a constatação, por meio de muitos anos de observação, de que as galáxias estão se afastando umas das outras. Com o uso de telescópios, é possível medir as distâncias de algumas estrelas, por meio da luminosidade, e ver o afastamento dos astros ao longo dos anos. Em 1998, cientistas descobriram também, pelas estrelas supernovas, que o universo se encontra em expansão acelerada. Por serem muito brilhantes, as supernovas podem ser observadas a grandes distâncias, para que se avalie a evolução de seu brilho. Assim, se o brilho de uma supernova está mais fraco, constata-se que ela está mais distante à medida que passa o tempo, e por tanto, está se afastando. A pergunta lógica que se faz com base nisso é: o que aconteceu antes?  Se as galáxias estão se afastando, conclui-se que em alguma época elas estiveram juntas. Estamos falando de 13,8 bilhões de anos.

E quais estruturas compõem o Universo? Qual é seu formato?

Nogales: De forma geral, o Universo é composto de aglomerados de galáxias, estrelas, planetas, satélites, nebulosas, cometas, asteroides e radiações. Além disso, no início da década de 1960, ao estudar o movimento rotacional das galáxias, a astrofísica Vera Rubin constatou que há algo além da massa que conseguimos enxergar provocando esse movimento: a matéria escura. O estudo mostrou que as velocidades das órbitas das estrelas não coincidiam com a quantidade de massa que elas aparentavam ter. Para que elas se movessem naquela velocidade, seria preciso uma quantidade de massa maior, de algo sem interação eletromagnética (como a luz), mas com interação gravitacional.

A natureza da matéria escura e a aceleração do universo têm sido áreas atuais de pesquisa na astronomia, de forma teórica e experimental.  Alguns cientistas acreditam que uma energia extra – a energia escura – pode estar causando essa aceleração.

Quando observamos de longe, o Universo parece homogêneo. Mas ao se analisar mais de perto, percebemos que as galáxias formam estruturas geométricas chamadas de fractais, com um formato geométrico complexo auto-similar. Ou seja, possuem formas em sua composição que se repetem. 

Karen: Quando se fala em Universo, muitos pensam que ele tem bordas, como se estivesse em uma caixa. Mas, na verdade, é ele que está criando o espaço à medida que vai se expandindo. Então, não existe uma borda, um limite. O que ocorre é a nossa limitação de enxergar a luz para além dele. Como o tempo, ele vai avançando e passamos a enxergar. 

Em abril, a imprensa de todo o mundo divulgou a primeira imagem de um buraco negro, captada por astrônomos por meio de uma rede de telescópios espalhados pelo planeta. O que já se sabe sobre os buracos negros?

Nogales: Buracos negros são regiões do espaço com um campo gravitacional tão forte que sugam a matéria que se aproxima e não permitem que saiam mais de lá, nem a luz. Como não é possível ver dentro deles, estudamos a partir dos elementos que os rodeiam sob ação do seu campo gravitacional, a partir da teoria da relatividade geral de Einstein.

Existem diferentes tipos de buracos negros. Os supermassivos, que existem no centro das galáxias, e os estelares. Para se ter uma ideia, o buraco negro supermassivo da nossa galáxia tem aproximadamente 4 milhões de vezes a massa do sol. Em 2015, ondas gravitacionais que chegaram à Terra indicaram a colisão de buracos negros estelares, com massas de 29 a 36 vezes maiores que a do sol.

A observação astronômica anunciada em abril deste ano gerou a imagem de um buraco negro supermassivo de outra galáxia, a Messier 87, que é cerca de 6,5 bilhões de vezes mais massivo que o Sol. A região escura da foto é, na realidade, a sombra do buraco negro.  Quando a rede de telescópios se orientou na mesma direção, fez com que o planeta funcionasse como um grande telescópio para a captação da luz.

Não seria possível fotografar o buraco negro da nossa galáxia da mesma maneira, por uma questão de angulação da posição da Terra em relação a ele. Para reconstruir a imagem do buraco negro da Via Láctea, é preciso que os telescópios obtenham informação numa frequência do espectro eletromagnético, além de luz visível que possa chegar a eles sem serem absorvidos, algo que poderá ser feito num futuro próximo.

Recentemente, voltaram à tona discussões a respeito do sistema solar e do formato do planeta Terra, mesmo com uma série de evidências científicas que confirmam sua forma esférica. Como vocês avaliam esse fenômeno?

Karen: A ideia de Terra plana surge como uma bandeira contra o movimento científico, de negação ao que já foi comprovado. O crescimento desse discurso também está relacionado a uma educação que tem se mostrado impositiva: as pessoas aprendem na escola que o planeta é esférico e gira, mas não fazem observações que levam à compreensão disso. O processo de aprendizado da natureza deve ser pela observação, reflexão e leitura, e não apenas pelos ditos.

Uma observação simples para entender que a Terra não é plana é a do sol em diferentes latitudes. Hoje, com a internet, fica ainda mais fácil o experimento, porque essa medição pode ser feita em diferentes cidades de forma simultânea. Quem fez essa observação pela primeira vez foi o grego Eratóstenes, que viveu em Alexandria há mais de 2000 mil anos. Ele se importou com assuntos simples do dia a dia, como relatos de sombras em duas cidades de diferentes latitudes (Alexandria e Syene). Com o experimento, Eratóstenes não só comprovou o formato esférico do planeta, como conseguiu fazer um cálculo de sua circunferência.

Como funciona o experimento de Eratóstenes?

Relatos históricos contam que, ao ler um livro na biblioteca de Alexandria, Eratóstenes descobriu que no dia do Solstício de Verão não havia sombra no fundo de um poço na cidade de Syene, há 787 km de distância. Ou seja, o sol incidia diretamente naquela região ao meio-dia do dia 21 de junho todos os anos.

Em Alexandria, sua cidade natal, Eratóstenes observou que o sol nunca estava diretamente acima, mesmo no dia do Solstício de Verão. A inclinação dos raios solares era de 7,2°.  Isso era uma evidência do formato esférico do planeta.

Então, percebendo que o ângulo da sombra seria o mesmo que o ângulo entre Alexandria e Syene medido a partir do centro da Terra, Eratóstenes usou cálculos geométricos e uma regra de três simples para encontrar sua circunferência aproximada:

7,2 / 360 = 787 / X

Portanto, a circunferência da terra é de cerca de 39350 km.

Em 2019, com suporte da União Astronômica Internacional (IAU), um grupo de cientistas promoveu o evento Eratosthenes Experiment, com a participação de 735 escolas de mais de 100 países, inclusive do Brasil. O experimento mundial foi realizado no dia 21 de março, quando cada escola recebeu o contato de outra instituição em local de mesma longitude, mas de latitudes diferentes, para combinarem a sincronia do experimento e trocarem informações sobre o ângulo da sombra naquele momento. Os alunos puderam calcular a circunferência da Terra e compreender mais sobre seu funcionamento.

Você pode saber mais sobre o experimento e saber como realizar o cálculo em www.eratosthenes.ea.gr

Algumas curiosidades sobre o Universo

- Para se ter uma ideia de quão imenso é o Universo: a quantidade de grãos de areia que existem na Terra é menor que o número de galáxias existentes.

- Todos os planetas do sistema solar orbitam o Sol. O sol é apenas uma das bilhões de estrelas que compõem a nossa galáxia, a Via Láctea.

- A Terra gira ao redor do Sol (translação) e em seu próprio eixo inclinado (rotação). Essa inclinação e movimentos são responsáveis pela duração do dia e da noite, além das estações do ano. Para dar uma volta em torno de si mesma, a Terra demora aproximadamente um dia (23 horas, 56 minutos e 4,1 segundos, para ser exato).

- A volta ao redor do sol leva 365 dias (mais 5 horas, 45 minutos e 46 segundos). Por esse motivo, a cada quatro anos, nosso calendário tem o acréscimo de um dia (ano bissexto) para compensar essa diferença.

- No passado, a Terra girava mais rápido: há um bilhão de anos, cada ano tinha 400 dias. Ou seja, a rotação da Terra está diminuindo 1,7 milésimos de segundo por século.

- A distância entre a Terra e o Sol é de 149.600.000 km. A luz do Sol demora aproximadamente 8 minutos para chegar na Terra.

- Depois do Sol, a estrela mais próxima da Terra é a Alpha Centauri, localizada perto do Cruzeiro do Sul. Seus raios de luz demoram aproximadamente 4 anos e meio para chegar ao nosso planeta.

- A luz de algumas estrelas que vemos no céu demoram a chegar à Terra devido à constância da velocidade da luz: umas demoram alguns anos, outras levam bilhões de anos. Observadas do espaço, as luzes emitidas pelos objetos estelares são mais coloridas: existem aglomerados com estrelas vermelhas, laranjas e azuis, nebulosas verdes etc.

- A Via Láctea recebeu esse nome porque lembra um “caminho de leite”. A observação de seu formato no céu fez com que alguns povos indígenas a chamassem de “Caminho da Anta”. O desenho é também conhecido como “Caminho de São Cristóvão” entre os caminhoneiros.

- Hoje, oito astros são considerados planetas no nosso sistema solar, desde Mercúrio até Netuno. Plutão não é considerado mais um planeta do sistema solar desde 2006, porque, em sua órbita, existe uma infinidade de outros objetos com massas e gravidades parecidas.

- Há mais de um século, cientistas trabalham com a hipótese de haver um novo planeta na órbita ao redor do Sol, para além da órbita de Netuno. Mais recentemente, o estudo de corpos que orbitam muito distantes do Sol têm aumentado a possibilidade de sua existência devido à influência gravitacional que possam sofrer desse possível nono planeta.