Como medimos o universo sem réguas intergalácticas?

Por , em 28.05.2012

Medir distâncias de forma indireta é uma arte em si, e começou muito provavelmente com os egípcios, antes dos gregos terem uma geometria decente: como medir a largura de um rio intransponível, ou a distância entre dois picos de montanhas que não podem ser alcançadas?

Distâncias como da Terra à lua são medidas com precisão de milímetros, usando raios laser e os espelhos deixados pelos astronautas em missões espaciais. Outros corpos do sistema solar tiveram a distância medida usando técnicas de radar.

E para medir a distância em que se encontram as estrelas e galáxias? Os astrônomos tem a seu dispor vários métodos de medição de distância, e que podem ser resumidos em três principais: a paralaxe, a lâmpada padrão, e o desvio para o vermelho.

Paralaxe

A paralaxe é o “erro” de posição que acontece quando você olha dois objetos que estão em linha, a partir de dois pontos de vista diferentes. Por exemplo, estique o braço e feche um olho. Alinhe o dedão com algum objeto: um vaso, um poste, uma árvore. Daí, sem mover o braço e sem sair do lugar, espie com o outro olho: o dedo não vai estar mais alinhado com o objeto. Esta diferença de posição que você percebeu é a paralaxe, e sabendo a distância do olho ao dedão, e a diferença de posição, você poderia usar isto para calcular a distância a que se encontra o objeto que você estava mirando.

Este é o método usado pelos astrônomos para medir as distâncias das estrelas mais próximas, que estão a cerca de um parsec de distância, até algumas centenas de parsecs (um parsec equivale a aproximadamente 3,26 anos-luz ou cerca de 30,85 trilhões de quilômetros).

Lâmpada Padrão

O método da lâmpada padrão funciona assim: se você conhece o brilho de uma certa lâmpada a uma certa distância, pode medir o brilho dela a outras distâncias e calcular esta distância, relacionando os brilhos: o brilho é inversamente proporcional ao quadrado da distância.

Só que os astrônomos não usam lâmpadas, eles usam estrelas cefeidas. Estas estrelas tem o brilho variável, cada uma pulsando em um determinado ritmo. O que os astrônomos descobriram é que medindo o ritmo do pulsar da estrela, eles podem calcular o valor do brilho absoluto dela, como se ela estivesse em uma distância padrão. Comparando o brilho padrão com o brilho medido, dá para calcular a distância em que se encontra a estrela.

Até onde dá para esticar esta régua? Até onde a gente conseguir ver estrelas cefeidas individuais. O telescópio Hubble conseguiu encontrar estrelas cefeidas até 108 milhões de anos-luz de distância.

Desvio para o vermelho

O desvio para o vermelho é o método usado para distâncias enormes, tipo “muito, muito, muito longe” até “o fim do universo”. Ele está associado com a expansão do universo, e basicamente funciona assim: quando a luz viaja pelo espaço que está em expansão, suas ondas são “esticadas”. Quanto mais ela viaja pelo espaço em expansão, mais as ondas são “esticadas”.

Este “esticamento” significa comprimentos de onda maiores, e significa que as cores são deslocadas em direção ao vermelho. A medida do deslocamento para o vermelho, ou “redshift”, pode ser relacionada diretamente à distância em que se encontra o objeto em questão.

Os três métodos de medição estão amarrados: a régua que usa o redshift foi feita usando a régua das estrelas cefeidas. A régua das estrelas cefeidas foi feita usando a régua da paralaxe. E a régua da paralaxe? Ela é feita em cima da lei do seno, da matemática, e do conhecimento do diâmetro da Terra e da órbita da Terra. Cada degrau da Escada de Distâncias Cósmicas está amarrado no degrau anterior.[Vimeo]

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21 comentários

  • Alberto Campos:

    Vejam na internet:
    Thunderbolts Forum • View topic – The “redshift” debate
    Um debate (discussão) sobre redshift.

  • Alberto Campos:

    Glauco.
    Feliz citação que você fez. “Electric Dipole Redshift”, todos devem ler esta pagina na internet.

  • Glauco Ramalho:

    César,
    Você não conseguiu encontrar fontes referentes à redshifts causados por campos eletromagnéticos porque eu não fui solicito o bastante para dizer qual o nome dado a esse efeito. O nome é “Electric Dipole Redshift”, e foi prontamente observado e calculado por Mr. John Paul Costella em seu trabalho de graduação de PhD “Single-Particle Electrodynamics”, seção “4.2.3 The electric-current magnetic dipole”.

    Infelizmente estou sem tempo de conversar sobre os outros pontos que você levantou, mas esse documento já é o suficiente para que você veja que redshifts podem ser causados por campos eletromagnéticos, e que portanto os redshifts atualmente relacionados a efeitos gravitacionais – até matéria escura -, podem ser na verdade causados pelos campos eletromagnéticos intensos das estrelas. Isso ocorre dentro das leis gravitacionais de Kepler e também corrobora o que o Einstein disse sobre a Teoria Geral da Relatividade em seu livro “Em meus últimos dias”. Isso tudo é, no mínimo, científico. Longe de ser um mito.

    • Cesar Grossmann:

      E como é que o redshift medido concorda com a medição feita usando as estrelas cefeidas? Quer dizer, se o redshift não serve para medir distâncias, por que ele concorda tão bem com uma medição feita usando outra técnica, a da intensidade luminosa das cefeidas? Não deveriam discordar completamente, e a medição das luzes de cefeidas milhões de anos-luz de distância deveria ser a prova para desbancar o “redshift” como medida de distância, não devia?

      Sobre o trabalho do Costella, tem mais de 500 páginas com muita física, mas eu não vi nada que invalide a teoria atual. A ideia de que as estrelas tenham um campo eletromagnético forte o suficiente para causar o redshift observado tem um probleminha: todas as estrelas de mesmo tipo deveriam ter o mesmo redshift, independente da galáxia em que estão, e não é isto o que se observa. Quer dizer, se o redshift não está relacionado à expansão do Universo, por que galáxias mais distantes (com a distância conferida pelo método da lâmpada padrão) tem redshift maior? Não deveriam, pela tua hipótese, mas tem. A explicação mais simples é que o redshift realmente é causado pela expansão do Universo.

      Outro problema é provar que as estrelas tem um campo magnético. A pergunta é: como os astrônomos podem afirmar que um magnetar tem um campo magnético tão forte, como eles afirmam que tem? Como é que eles sabem que algum corpo distante, como o Sol ou outras estrelas, tem um campo magnético?

      Mas tem mais uma pergunta: se o Sol tem um campo magnético (e isto já foi medido), por que ele não tem redshift?

  • Alberto Campos:

    Cesar, quando você vê o centro de nossa galáxia, não consegue visualizar tudo direito, por este motivo se usa visão em infravermelho. Os aglomerados de poeira cósmica são percebidos facilmente, mas a poeira dispersa no universo não é notada. É justamente esta poeira que se soma ao longo de bilhões de anos luz de distancia e filtram os raios azul e ultravioleta. Veja o caso da estrela “Zeta Ofiuche”, que uma estrela azul e é vista vermelha pois está encoberta por poeira cósmica. Os aglomerados de poeira cósmica que envolvem as galáxias e os aglomerados de galáxias, aumenta a densidade nesta região e podem provocar o efeito de lentes gravitacionais. Isto não que dizer que estou certo e sim uma possibilidade.

  • Alberto Campos:

    Marte
    As lentes gravitacionais, podem ser devido a densidade e não da gravidade. O fóton praticamente não tem massa e não deveria sofrer influencia da gravidade. A confirmação da relatividade de Einstein pela gravidade do sol pode estar errada. O sol tem uma densidade muito grande a sua volta e ejeta matéria e radiação em grande quantidade. A densidade desvia os fótons (isto já foi provado) a gravidade não. Um aglomerado de galáxias tem tem muita poeira a sua volta e isto aumenta a densidade juntamente com a gravidade.

  • Alberto Campos:

    Não só os campos magnéticos interferem nos fótons. A poeira cósmica, os neutrinos, etc. Existem galáxias, principalmente as mais jovens, têm mais poeira cósmica que as mais antigas e tudo isto interferem na visão da luz das galáxias. Quanto mais longe estiver uma galáxia, mais poeira cósmica esta a sua frente. A poeira cósmica filtra os raios azul e ultravioleta e deixam passar o vermelho e infravermelho. Isto nos engana e vemos galáxias próximas mais vermelhas, sem que isto significa que elas estão longe. Veja por exemplo o caso do telescópio Hubble na observação ultra deep field. As galáxias que aparecem são de cores variadas e deveriam ser vistas em vermelho ou infravermelho, ou mesmo não serem mais vistas devido a distancia. A medição por reed shift é falha.

    • Cesar Grossmann:

      Não, Alberto, por que a poeira cósmica e gases também afeta as linhas de espectro. A influência de uma nuvem de gás na frente de uma galáxia é bem documentada e conhecida dos astrônomos.

  • Marte:

    Belo artigo. A animação também é incrível porque trouxe em imagens do que eu só conhecia em texto, tendo que imaginá-las. Demais.

    Mas fiquei ressabiado com um comentário, sobre a interação de campos magnéticos e fótons. Porquê: na minha santa ignorância, as lentes gravitacionais são proporcionadas por isso mesmo, pela interação de grandes campos magnéticos que “curvam“ a luz – não o fótom, mas o caminho percorrido por este –. Não é assim? Não foi por aí que chegou-se a conclusão que o evento era provocado pela interação gravitacional da matéria escura com a luz vinda de galáxias muito distantes?

    Minha certeza mesmo é que esse tal de universo é fantástico. E que temos uma sorte danada de testemunhar tudo isso.

    • Cesar Grossmann:

      Marte, as lentes gravitacionais não são lentes eletromagnéticas. Até onde eu sei, não foi demonstrada a hipótese de que campos magnéticos gerem campos gravitacionais. De qualquer forma, o que curva o espaço-tempo, e desta forma altera a trajetória do fóton, é a gravidade, não o campo magnético.

      Então não, campos magnéticos não interagem com fótons, nem alterando a trajetória, nem criando redshift.

  • Alberto Campos:

    Se o campo magnético não tem nada a ver com luz, como explicar as manchas negras do sol? Estas manchas são produzidas pelos campos magnéticos do sol. Sabemos que o “Magnetismo da luz foi medido diretamente pela primeira vez”. Ver na internet.

  • Jonatas:

    Não pude deixar de lembrar do Astrolábio, um instrumento antigo usado pelos navegadores para se referenciar pela posição dos astros no céu noturno, seu desenvolvimento se deu de uma síntese entre séculos de aperfeiçoamentos de antigos estudiosos matemáticos como Pitolomeu (um dos maiores estudiosos de constelações), Euclides e Hiparco. Por isso é difícil atribuir a alguém a invenção desse que foi um dos mais antigos e usados instrumentos astronômicos de distância, referência e posição.

  • Andre Luis:

    Muito legal esta matéria, eu aprendi bastante lendo este post!

  • Glauco Ramalho:

    Sem o cálculo do Redshifts causado pela passagem de luz estelar pelos altíssimos campos eletromagnéticos das estrelas, todos esses cálculos se tornam incompletos e inconclusivos. Pena que os astrônomos não o consideram.

    • Cesar Grossmann:

      Glauco, até onde eu sei não há qualquer evidência de que a luz sofra redshift por causa de campos magnéticos.

      Se houvesse, poderia ser provado facilmente, bastando observar o redshift de estrelas binárias eclipsantes (o tipo de par binário onde elas eclipsam uma à outra). Quando elas estão passando uma pela outra, a luz da estrela deveria sofrer o redshift causado pelo campo magnético, o que não acontece.

      Todo o redshift que existe é causado pela movimentação e pela gravitação, e está de acordo com a lei de Kepler e a Teoria da Relatividade.

      Além do mais, mesmo em magnetars não se conseguiu demonstrar qualquer redshift causado por campos magnéticos. Também não se conseguiu demonstrar qualquer interação entre campos magnéticos e fótons.

      Se você quiser, aqui tem alguns trabalhos sobre a espectrometria de pares binários eclipsantes:
      http://adsabs.harvard.edu/full/1986PASP…98..788S
      http://aas.aanda.org/index.php?option=com_article&access=standard&Itemid=129&url=/articles/aas/pdf/1997/01/dst6676.pdf

      Mas tem mais, como a medição de distâncias usando o redshift e as cefeidas estão amarrados, um verifica o outro. Se houvesse uma alteração no redshift causado pela passagem próxima com estrelas, isto se refletiria quando fossem conferir o redshift de cefeidas distantes – o cálculo da distância com o redshift só funcionaria com as cefeidas com as quais foi feita a calibragem do processo, e com as cefeidas mais distantes haveria uma discrepância. Como isto não acontece, temos mais uma evidência que o redshift causado por campos eletromagnéticos é um mito.

    • Glauco Ramalho:

      Cesar,
      Li seu material, mas não é disso que eu tô falando. O primeiro trabalho é de uma pesquisa espectroscópica que não inclui Redshifts, e o segundo é de uma nova maneira de se calculá-los à partir de outro ponto de referência (outra estrela dentro de um sistema binário).

      Para se identificar Redshifts causados por fortes campos eletromagnéticos você precisa iniciar um trabalho novo com esse foco específico, e o foco desses trabalhos que você mandou foi outro. Para dar um pouco mais de gás nessa teoria, saiba que dá prá fazer num laboratório com um acelerador de voltagem Tesla, um ponteiro de raio laser e um equipamento espectrográfico. Se ocorre o Redshift claramente dentro das dimensões reduzidas de um laboratório, imagine em escalas estelares.

      Além disso, a Lei de Kepler não tem sido bem aplicada nesse conceito, e a Teoria (Geral) da Relatividade está incompleta justamente por não considerar os efeitos elétricos presente no espaço de acordo com o próprio Einstein em seu livro “Em meus últimos dias”.

    • Glauco Ramalho:

      César,

      Mas, de qualquer forma, não tem como ser mito pois o único cientista independente o bastante para olhar “em outra direção” nessa questão dos Redshifts causados por campos eletromagnéticos é o Prof. James McCanney. Não tem gente suficiente falando sobre isso prá se tornar um mito.

      Aproveitando sua edição tardia, há outra possibilidade: a calibração a qual você se refere depende da idéia de que o Universo está se expandindo, mas Redshifts causados por campos eletromagnéticos praticamente derruba essa idéia. Como é científica e comprovada em laboratório, essa possibilidade deve ser considerada. Se os cientistas não tem tido tempo ou apoio para derrubar teorias velhas, ao menos nós podemos saber disso.

    • Glauco Ramalho:

      César,
      Mais uma coisa:
      Editar o comentário depois de publicado não vale.

    • Carlos:

      Exato Glauco, 20.000 astrônomos estão errados, o único certo é o infalível Prof. McCanney

    • Glauco Ramalho:

      Não é assim q as coisas funcionam, bixo. Qualquer cientista que se debruce sobre o trabalho dele não vai encontrar nenhum erro lógico em seu modelo e nem discrepâncias observacionais. O problema é o status quo. Todos seguem as mesmas teorias e vêm desenvolvendo trabalhos sobre elas a mais de 50 anos. Mudar isso é tão difícil quanto alcançar a paz entre Israel e a Palestina.

    • Cesar Grossmann:

      Desculpa aí, Glauco, mas erro lógico não é suficiente, e nem mesmo “discrepâncias observacionais”. O geocentrismo não tem erro lógico nem discrepância observacional, ou pelo menos não tinha discrepância observacional até alguns séculos atrás.

      O que eu quis ilustrar sobre o trabalho de redshift de pares binários é que se houvesse uma discrepância causada e não verificada pelo campo magnético.

      O movimento das estrelas binárias é explicada pela mecânica de Newton, do qual as Leis de Kepler (principalmente a lei dos períodos e dos raios das órbitas) podem ser derivadas.

      O redshift é causado pelo movimento próprio da fonte de luz (em alguns casos, pelo campo gravitacional também, mas é preciso um campo gravitacional muito forte, mas isto também pode ser calculado e previsto e depois verificado com os dados observacionais).

      Se houvesse um outro fator influenciando o redshift, como o campo magnético das estrelas, isto apareceria claramente no espectro das estrelas binárias, e não poderia ser explicado com a teoria da relatividade ou a mecânica de Newton.

      Sobre o redshift causado por campos magnéticos, você poderia citar algum trabalho científico, já que isto foi comprovado em laboratório? Eu fiz uma busca e não encontrei nada.

      Finalmente, sobre o redshift causado por campos magnéticos “derrubar a ideia”, não é verdade. Veja bem, se você calibra a régua do redshift com as cefeidas mais próximas, a régua tem que estar calibrada também para as cefeidas mais distantes, ou seja, uma vez calibrada, a distância medida por redshift tem que ser semelhante à distância medida pelo método da lâmpada padrão. Se o redshift fosse afetado por campos magnéticos, então os cientistas teriam se deparado com o problema da régua incalibrável: ou calibra para as pequenas distâncias e não funciona para as maiores, ou calibra para as grandes e não funciona para as menores.

      Outra coisa, se o redshift fosse causado pelo campo magnético da estrela que o emite, então ele teria que ser exatamente o mesmo para todas as estrelas de mesmo tipo, o que não ocorre: estrelas mais distantes tem redshift maior que estrelas mais próximos, e isto foi verificado com o método da lâmpada padrão.

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