A ideia de que o universo está se expandindo a velocidades superiores à da luz parece quebrar o limite máximo de velocidade. Isso não acontece. Mas torna a definição da distância no espaço muito mais complicada do que apenas medir quanto tempo a luz levou para chegar.
O espaço continua crescendo enquanto os fótons estão em trânsito. Uma galáxia emite um raio de luz. Esse fóton corre em direção ao nosso telescópio. Enquanto isso, a estrutura do espaço entre eles se estica. No momento em que a luz atinge a lente, a galáxia fonte está muito mais distante do que quando a luz iniciou a sua viagem. Isso não é apenas teórico. É por isso que os astrónomos têm de confiar em modelos para descobrir onde as coisas estão agora.
A luz nos mostra o passado. Não o presente.
Para mapear a localização atual destes objetos distantes, usamos uma estrutura cosmológica. Especificamente, o modelo Lambda-CDM (LCDM). É responsável pela matéria escura e pela energia escura. Sabemos que a matéria escura desempenha um papel (ver episódio separado). Sabemos que a energia escura impulsiona a aceleração (outro episódio). Existem teorias alternativas, mas raramente mudam a mecânica central da expansão cósmica o suficiente para ter importância para esta questão específica.
Definindo os Limites do Universo Observável
Vejamos os números. O universo tem cerca de 13,77 bilhões de anos. A luz teve muito tempo para viajar. Então, ingenuamente, você pensaria que o limite do que podemos ver está a 13,77 bilhões de anos-luz de distância.
Você estaria errado.
Como o espaço se expandiu durante todo o tempo em que a luz viajou, o objeto que emitiu a luz mais antiga está agora a cerca de 45 mil milhões de anos-luz de distância. Este limite é chamado de horizonte de partículas. Às vezes, os cosmólogos chamam isso de horizonte móvel. Às vezes eles usam apenas o “horizonte cosmológico”. O nome muda de acordo com o humor do astrofísico, não do físico.
45 bilhões. Muito maior que 13,77.
Isso significa que a informação está viajando mais rápido que a luz? Não. Significa que o próprio espaço está se expandindo. E o espaço não está sujeito às mesmas regras que a matéria.
A velocidade da luz é um limite de velocidade local. Ele governa a rapidez com que os objetos se movem através do espaço. Não limita a rapidez com que o próprio espaço pode se expandir. Você nunca verá um foguete passar pela sua janela mais rápido do que c. Mas se você observar duas galáxias distantes, elas poderão se afastar uma da outra a qualquer velocidade. Eles não estão se movendo pelo espaço no sentido tradicional. O espaço entre eles está simplesmente aumentando.
Por que o Redshift é mais importante que a velocidade
Como sabemos que isso está acontecendo? Medimos o desvio para o vermelho.
Quando uma galáxia se afasta de nós, sua luz se estende até os comprimentos de onda mais vermelhos e longos do espectro eletromagnético. Edwin Hubble usou exatamente esse fenômeno para descobrir que o universo está se expandindo. Ele viu que galáxias mais distantes tinham desvios para o vermelho maiores.
Um redshift mais elevado significa uma recessão mais rápida.
Num universo em expansão, a distância e a velocidade estão ligadas. Quanto mais longe um objeto estiver, mais espaço haverá entre você e ele. Mais espaço significa mais expansão. E mais expansão significa maior velocidade.
Existe um ponto de inflexão específico. É chamada de distância de Hubble. Situa-se a cerca de 13,77 bilhões de anos-luz da Terra. Objetos a esta distância estão se afastando de nós na velocidade da luz.
Além desse ponto? Eles estão se movendo mais rápido que a luz.
Isso é trapaça? Não. É assim que a relatividade especial funciona em escala cósmica. Localmente, nada supera a luz. Globalmente? O espaço pode fazer o que quiser.
O limite oculto: o horizonte de eventos
Portanto, podemos ver galáxias recuando mais rápido que a luz. Isso parece paradoxal. Mas há um problema.
Só vemos aquelas galáxias distantes e em retrocesso superluminal porque a luz que captamos agora foi emitida há milhares de milhões de anos. Naquela época, eles eram muito mais próximos. Eles estavam ao alcance de nossos telescópios.
Há um limite rígido para o quanto podemos ver. Não é o horizonte das partículas (a marca dos 45 mil milhões de anos-luz). É algo mais próximo e definitivo.
O horizonte de eventos cosmológicos.
Localizada a cerca de 17 mil milhões de anos-luz de distância, esta fronteira separa as galáxias que podemos ver hoje daquelas que nunca veremos, não importa quanto tempo esperemos pela chegada de nova luz. A luz emitida além desta linha neste momento nunca nos alcançará. A expansão é muito rápida.
A energia escura está tornando este limite mais agressivo.
A expansão acelerada impulsionada pela energia escura garante que o horizonte de eventos se estabilizará. Crescerá ligeiramente, eventualmente estabilizando-se em cerca de 60 bilhões de anos-luz. Mas além disso? Escuridão.
A maioria das galáxias distantes desaparecerá para o vermelho. Sua luz se estenderá por comprimentos de onda tão longos e fracos que se tornarão indetectáveis.
Isso não é especulação. É uma previsão baseada em dados atuais. Dentro de cerca de 100 mil milhões de anos, se os humanos (ou o que quer que venha depois de nós) ainda estiverem a olhar para cima, todas as galáxias fora do nosso Grupo Local terão desaparecido. O universo parecerá vazio. Apenas o nosso próprio bairro num mar de nada.
É um futuro solitário para os astrônomos. Mas é consistente com a física que temos. O universo se expande. O espaço se estende. E algumas coisas se perdem na escuridão, não porque morreram, mas porque foram longe demais, rápido demais.
E é assim que as coisas são.
