domingo, 4 de setembro de 2011

O que a Astronomia e a Cosmologia têm a dizer sobre a idade do universo

Por Domingos Sávio de Lima Soares*

A idade do universo pode ser calculada de duas maneiras diferentes. Primeiramente, pela idade das estrelas mais velhas da Via Láctea. O universo será, certamente, mais velho do que elas. As estrelas são como grandes usinas termonucleares onde a energia é gerada através da fusão nuclear. No Sol, por exemplo, o hidrogênio é o combustível para a geração do elemento hélio.


A fusão de enormes quantidades de hidrogênio gera a energia fabulosa do Sol. Uma pequeníssima parcela chega em nosso planeta e é responsável por toda a vida nele existente. Os astrofísicos utilizam as leis da Física para entender como funcionam as estrelas, e assim conseguem calcular quanto tempo elas podem existir. As suas idades, calculadas com o auxílio de modelos teóricos de evolução estelar, resultam em 14 bilhões de anos. Esta estimativa teórica é bastante confiável pois os fundamentos da evolução estelar são suficientemente sólidos, isto é, já foram testados com sucesso em muitas situações.

As galáxias mais distantes do universo, observadas pelo Telescópio Espacial Hubble, são estudadas pela Cosmologia.
(Crédito: S. Beckwith/STScI-NASA/ESA)
Em segundo lugar, podemos ter uma idade baseada em um modelo cosmológico. Existem muitos modelos teóricos propostos para explicar a evolução e a estrutura atual do universo. Até o momento, nenhum modelo pode ser considerado plenamente satisfatório. Existe um modelo que, embora não comprovado observacionalmente, é o mais utilizado na comunidade científica, e é por isso denominado "Modelo Padrão da Cosmologia". Este modelo foi desenvolvido a partir da Teoria da Relatividade Geral, de Albert Einstein (1879-1955), e é popularmente conhecido como "modelo do Big Bang", ou, "modelo do Estrondão".

Neste modelo, o universo teve a sua origem numa singularidade espácio-temporal de densidade e temperatura altíssimas -- um evento denominado Estrondão --, e se expande desde então. Ao regredirmos no tempo a partir de hoje até a singularidade encontraremos a "idade do universo". Esta idade depende, neste modelo, de uma grandeza observacional muito importante em cosmologia, denominada "constante de Hubble". Ela está relacionada a uma importante descoberta em Astrofísica, realizada nas primeiras décadas do século XX, graças ao trabalho de vários astrônomos e ao gênio do astrônomo Edwin Hubble (1889-1953).

Para esta descoberta, Hubble e seus colegas utilizaram um instrumento extraordinário -- o espectrógrafo. Este instrumento faz, de forma quantitativa, exatamente o que a Natureza faz, de forma belíssima, no fenômeno do arco-íris: a separação da luz nas várias cores que a constituem. As famosas "sete cores" do arco-íris são: violeta, índigo, azul, verde, amarelo, laranja e vermelho. Na verdade, vemos um contínuo de cores, mas os nossos olhos e a tradição popular destacam estes sete matizes principais. A Física atribui a cada cor uma propriedade denominada "comprimento de onda". Assim, o violeta tem o menor comprimento de onda e, no outro extremo, o vermelho tem o maior comprimento de onda. O espectrógrafo separa a luz das galáxias em seus vários comprimentos de onda e permite, além do mais, que as suas respectivas intensidades luminosas possam ser medidas. A propósito, foi a invenção do espectrógrafo que enriqueceu a Astronomia com mais uma grande área de pesquisa: a Astrofísica.

Os astrônomos descobriram que a luz das galáxias apresenta-se "deslocada" para comprimentos de onda maiores -- na direção do vermelho --, e o efeito é tanto maior quanto menos brilhante é a galáxia. Ora, quanto menos brilhantes mais distantes as galáxias. Então, o efeito descoberto por Hubble e seus colegas foi o de que quanto maior a distância de uma galáxia, maior o desvio de sua luz para o vermelho. No Modelo Padrão da Cosmologia o aumento do comprimento de onda -- o desvio para o vermelho -- é causado pela expansão do espaço. Neste modelo, a constante de Hubble mede a taxa de expansão, de tal forma que, a partir dela, a idade do universo pode ser calculada.

O arco-íris é produzido pela refração da luz solar nas gotas de chuva suspensas no ar. A luz do Sol é formada pela mistura de todas as cores do arco-íris.
As "cores" de uma galáxia são representadas pelos seus comprimentos de onda no seu espectro. Este "arco-íris" foi obtido por um espectrógrafo, acoplado a um telescópio. A luz da galáxia é formada pela mistura de todos os comprimentos de onda do espectro. Esta galáxia atende pelo nome de ESO-LV 5100550, e pode ser vista, com o auxílio de um telescópio modesto, em nossos céus. (Crédito: David B. de Carvalho, dissertação de mestrado, UFMG)

Agora, até meados do século passado havia uma incerteza muito grande quanto ao valor da constante de Hubble e, consequentemente, sobre a idade do universo no modelo do Estrondão. No final da década de 1990, três astrônomos, Wendy Freedman, Robert Kennicutt e Jeremy Mould lideraram uma equipe que tinha como objetivo uma medida precisa -- com um erro de no máximo 10% -- da constante de Hubble. Em 2001 eles publicaram os resultados finais de seu trabalho. A idade do universo agora podia ser calculada com boa precisão, utilizando-se o Modelo Padrão da Cosmologia. O modelo conseguiu explicar a idade mínima do universo -- os 14 bilhões de anos --, mas a custa de muitas hipóteses adicionais, que são questionadas por muitos cosmólogos e astrofísicos. A existência de "matéria escura" e de "energia escura" no Universo são algumas das hipóteses adicionais feitas pelo Modelo Padrão da Cosmologia. Sem estas hipóteses, a idade calculada ficaria abaixo da idade das estrelas mais velhas, o que obviamente não é possível! Veja a minha coluna, sobre este assunto, intitulada "Cosmologia moderna: tateando no escuro".

Este ano, os três astrônomos, que mediram a constante de Hubble, receberam um importante prêmio científico: o prêmio Gruber. Este prêmio, que inclui a quantia de US$ 500.000,00, é atribuído pela Fundação Peter e Patricia Gruber. O prêmio é anual e foi instituído em 2000 para estimular a pesquisa nas áreas de Cosmologia, Genética, Neurociência, Justiça e Direitos da Mulher.

Concluindo, o que podemos dizer concretamente é que o universo tem pelo menos 14 bilhões de anos. E a ciência da Cosmologia ainda não é satisfatória o suficiente para nos garantir mais alguma coisa. Quer dizer, o Universo pode até ser eterno...


Publicado no site do autor
*Domingos Sávio de Lima Soares é físico, astrônomo e professor do departamento de física da UFMG. 

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