Como são Laniakea e o Arco Gigante, duas das maiores estruturas do Universo

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São inconcebivelmente grandes — e desafiam não apenas nossa imaginação, como um dos princípios fundamentais da cosmologia moderna.
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Por BBC
22/08/2022 11h09 Atualizado há um dia
Postado em 23 de agosto de 2022 às 11h30m

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Como seria a Laniakea — Foto: BBC

Qual é a maior coisa que você consegue imaginar?

Sem dúvida você tem uma resposta porque, felizmente, a cultura e a ciência nos acostumaram desde o início dos tempos a superar os limites dos sentidos, para que povoem nossas mentes noções tão inconcebíveis quanto o Universo, que além de ser um lugar é um conceito maravilhoso.

E com a ajuda da tecnologia somos capazes de ver o que nossos olhos não conseguem perceber.

Mas qual é a maior coisa que conhecemos?

Para encontrá-la, você precisa dar uma espiada no cosmos, então dê asas à sua imaginação! O professor Jim Al-Khalili, físico teórico que apresentou o documentário da BBC Secrets of Size: Atoms to Supergalaxies ("Segredos do Tamanho: de átomos a supergaláxias", em tradução literal), vai nos guiar nesta busca.

Km, UA e anos-luz

Já que vamos falar de imensidão, você precisa se acostumar com dimensões incompreensíveis.

Nosso planeta tem 12.700 quilômetros de diâmetro; o Sol é mais de 100 vezes maior.

A massa do Sol é a fonte de seu imenso poder gravitacional sobre todo o Sistema Solar.

E a distância entre a Terra e o Sol é um número muito significativo na astronomia.

— Foto: GETTY IMAGES/BBC

No espaço, as distâncias são tão grandes que o uso de quilômetros logo se torna impraticável — por isso, os astrônomos criaram suas próprias unidades de medida.

Uma delas é a unidade astronômica (UA), que equivale à distância entre nosso planeta e nossa estrela: quase 150 milhões de quilômetros.

A cerca de 100.000 UA do Sol, há uma esfera de objetos gelados chamada nuvem de Oort.

É uma estrutura massiva e, nestas escalas, começamos a usar uma nova unidade de medida: a distância que a luz pode percorrer em um ano — 9,46 trilhões de km.

A nuvem de Oort tem cerca de três anos-luz de diâmetro.

Agora, sim, com o que é necessário para medir as maiores estruturas conhecidas, vamos deixar para trás nosso Sistema Solar para encontrá-las.

O tamanho do Universo

Como são Laniakea e o Arco Gigante, duas das maiores estruturas do Universo — Foto: BBC

Agora sabemos que a bela faixa de estrelas que às vezes podemos ver estendida no céu noturno é a Via Láctea, nossa galáxia.

E em grande parte graças à astrônoma Henrietta Swan Leavitt, que trabalhou no Observatório de Harvard há cerca de 125 anos, sabemos que não é a única.

Há galáxias de todas as formas e tamanhos. Elas vão de anãs, talvez apenas um décimo do tamanho da Via Láctea, a gigantes, muitas vezes maiores.

Acredita-se que existam até 2 trilhões de galáxias no Universo observável.

A questão é: todas estas galáxias simplesmente flutuam sozinhas, movendo-se serenamente pelo espaço como viajantes solitárias, ou se unem como parte de estruturas ainda maiores?

E como podemos responder a esta pergunta?

Felizmente, para ajudar a resolver este enigma, os cosmólogos podem aproveitar um fenômeno bastante peculiar com o qual todos estamos familiarizados aqui na Terra: o famoso efeito Doppler.

Vai e vém

Pense em uma ambulância. Conforme ela se aproxima de você, o tom das sirenes é alto, mas quando ela se afasta, o tom cai.

— Foto: GETTY IMAGES/BBC

Esse efeito ocorre porque, à medida que se aproximam, as ondas sonoras se agrupam, encurtando o comprimento de onda e elevando o tom. E quando se afastam, as ondas se espalham, baixando o mesmo.

As ondas de luz fazem a mesma coisa.

Quando uma fonte de luz se move em nossa direção, seus comprimentos de onda são mais curtos, o que as move para a extremidade azul do espectro. À medida que se afasta, as ondas se deslocam para o vermelho.

Assim, ao medir o espectro de luz emitido por um objeto cósmico, os astrônomos podem dizer se está se aproximando ou se afastando de nós.

Esse é um dos usos da chamada espectroscopia. Com esta técnica e outras observações, agora sabemos que as galáxias se movem pelo espaço de maneiras complexas.

Sob a influência do vasto poder da gravidade, muitas delas se unem no que são conhecidos como grupos de galáxias, formados por até 50 galáxias.

Esses grupos podem ser atraídos para estruturas maiores, chamadas aglomerados de galáxias, de talvez 1 mil ou mais galáxias.

E esses aglomerados podem se agrupar, formando as maiores estruturas conhecidas no Universo: os superaglomerados de galáxias.

Eles consistem em milhões de galáxias e podem se estender por distâncias superiores a 100 milhões de anos-luz.

Nosso superaglomerado

Nos últimos anos, os cosmólogos descobriram o superaglomerado de galáxias do qual fazemos parte.

Quando nos movemos para escalas além da nossa imaginação, o Universo se comporta de maneira extraordinária (A Nebulosa do Coração, no Braço de Perseus da Via Láctea) — Foto: BBC/GETTY IMAGES

Na última década, a professora Hélène Courtois, da Universidade de Lyon, na França, vem trabalhando com uma equipe internacional de astrônomos na tarefa épica de mapeá-lo.

Courtois se descreve como uma cosmógrafa, tentando "descobrir onde estão as outras galáxias em comparação com a nossa, medindo distâncias e coordenadas no céu".

"Minha especialidade não é apenas fazer mapas, mas mapear os movimentos das galáxias no Universo. Sou uma cosmógrafa dinâmica", disse ela à BBC.

Primeiro, Courtois e seus colegas traçaram as posições de muitas milhares de galáxias, criando mapas 3D intrincados como este:

— Foto: BBC

Cada galáxia é apenas um pequeno ponto.

Eles mediram então o espectro de luz de cada galáxia para ver se era azul ou vermelho, o que indicou em que direção se moviam e a que velocidade.

— Foto: BBC

Eles encontraram dezenas de milhares de galáxias fluindo na mesma direção, formando um superaglomerado gigante.

"É como um baile em uma parte do espaço. Seus movimentos estão correlacionados: não são movimentos aleatórios, viajam juntas."

"E foi assim que fizemos esta descoberta."

Laniakea

Em 2014, eles fizeram o anúncio surpreendente: haviam mapeado o superaglomerado gigante em que reside nossa galáxia.

Seu verdadeiro tamanho é incompreensível para nossas mentes, confinadas às nossas escalas, formas e tamanhos terrestres.

Mas há paisagens aqui no nosso planeta que podem nos dar uma ideia.

Para nos ajudar a entender como são estes superaglomerados de galáxias, cosmógrafos como Courtois costumam usar a analogia de um sistema fluvial, com riachos que fluem para os rios, que se dirigem para o mar.

Nas maiores escalas do Universo, as galáxias se movem juntas pelo espaço ao longo de caminhos que lembram rios.

E, assim como o poder da gravidade faz com que as gotas de chuva caiam nos córregos, e os córregos desçam para os rios, as galáxias são atraídas pelo imenso poder da atração gravitacional em direção a uma enorme concentração de massa.

Vamos imaginar como é a Laniakea.

É o nosso lar no Universo — Foto: BBC

Cada um dos pontos acima é uma galáxia. Cada uma das linhas é um caminho que elas seguem.

Todas as galáxias estão sendo arrastadas por forças gravitacionais incríveis ao longo destas vias em direção a uma massa central chamada Grande Atrator.

O Grande Atrator permanece sendo um mistério, mas acredita-se que tenha a massa de trilhões de sóis.

Laniakea contém cerca de 100 mil galáxias como a nossa — e 100 trilhões de estrelas. Ela se estende por meio trilhão de anos-luz.

Daí o seu nome, Laniakea, termo que significa 'céu imenso' em havaiano.

Uma incógnita gravitacional

Esses superaglomerados gigantes estão apenas sendo descobertos, então só agora estamos começando a ter uma ideia de como funcionam.

Das escalas terrestres à rotação das galáxias, a força da gravidade é bem compreendida pelos físicos.

Mas isso não significa necessariamente que entendemos como a gravidade mantém estes superaglomerados gigantes unidos.

A gravidade segue sendo uma incógnita — Foto: BBC/GETTY IMAGES 

Assim, cosmólogos como Courtois usam superaglomerados para investigar o funcionamento da gravidade nas escalas maiores.

"Funciona como na Terra? Sempre foi a mesma desde o início dos tempos?"

"Do infinitamente pequeno ao infinitamente grande, a gravidade é a principal questão da física do século 21."

"Ainda não a compreendemos completamente."

Uma resposta confusa

Ao estudar superaglomerados, alguns cosmólogos estão começando a questionar alguns dos princípios científicos mais preciosos.

De acordo com nosso modelo atual de cosmologia, as leis da física indicam que estruturas muito maiores que Laniakea não podem existir.

De acordo com a teoria atual, após o Big Bang, a matéria se espalhou uniformemente por todo o cosmos, porque as mesmas forças atuaram por igual em tudo.

O poder da gravidade uniu as galáxias e depois os aglomerados de galáxias.

Mas acima de um certo tamanho, a gravidade é fraca demais para unir estruturas.

Esse é o "princípio cosmológico", e é um dos pilares fundamentais da cosmologia moderna.

Mas descobertas recentes lançaram algumas dúvidas sobre este conceito extremamente importante.

Surpreendentemente, uma destas descobertas foi feita por uma estudante.

Serendipidade

Alexia Lopez estuda no Instituto Jeremiah Horrocks da Universidade Central de Lancashire, na Inglaterra — Foto: BBC

Alexia Lopez ensina violino para ajudar a financiar seu doutorado e, ao fazer sua pesquisa, encontrou algo notável.

"Foi realmente emocionante. Meu supervisor teve a ideia de usar uma nova técnica para mapear o que há no Universo, e me deparei com esta grande estrutura gigante."

"Foi completamente por acaso."

O método engenhoso que Alexia usou envolveu objetos muito distantes chamados quasares.

São centros imensamente brilhantes de galáxias a bilhões de anos-luz de distância, que acredita-se serem alimentados por buracos negros supermassivos.

Alexia os usou para iluminar cantos escuros do Universo.

"Há galáxias e aglomerados de galáxias que não poderíamos ver sem os quasares porque sua luz é muito fraca e estão muito distantes. Mas os quasares agem basicamente como a luz de uma lanterna."

Mas ela notou que, à medida que sua luz viajava por uma galáxia, nem toda ela passava.

"Parte da luz era absorvida e, portanto, tinha que haver matéria ali a bloqueando."

Usando este método, Alexia criou um mapa 3D de uma grande parte do Universo — e encontrou um padrão.

— Foto: BBC

As manchas vermelhas no gráfico de Alexia são todas galáxias ou aglomerados de galáxias, e juntas elas parecem formar uma estrutura gigante em forma de arco.

"Usamos três testes estatísticos diferentes, e todos os três mostram que o Arco Gigante é, na verdade, mais do que apenas um fluxo aleatório."

Um princípio à prova

Por que esta descoberta é tão inesperada e emocionante?

"Por causa do princípio cosmológico, que diz que nas escalas maiores não deveria haver nenhuma estrutura ou padrão no Universo."

"O princípio cosmológico tem um limite de corte específico, e estima-se que é de cerca de 1,2 bilhão de anos-luz. Mas o Arco Gigante mede mais de 3 bilhões de anos-luz, então levanta a questão de como algo assim pode se formar."

Sem o princípio cosmológico, tudo pode desmoronar — Foto: GETTY IMAGES/BBC

De acordo com nossa compreensão atual da cosmologia, é grande demais para se manter unido pela gravidade.

E não é a única superestrutura encontrada.

Há outras ainda maiores, como a Grande Muralha Hércules-Corona Borealis, que acredita-se ser três vezes maior que o Arco Gigante.

Esse capítulo desta história está apenas começando, mas pode ser um divisor de águas, pois todas as nossas teorias de como o Universo se formou após o Big Bang são baseadas no princípio cosmológico.

"Ainda é muito cedo, mas tudo está construído sobre essa suposição, então é como tirar a peça de baixo de um quebra-cabeça de jenga... tudo desmorona", explica Alexia.

Por isso, essas não são apenas as estruturas nas escalas mais alucinantes que já encontramos — elas também desafiam nossas crenças mais preciosas, transformando tudo o que pensávamos saber sobre como o Universo se comporta e como chegamos até aqui.

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