Por que o Universo observável é muito maior do que a sua idade?

Recentemente, nós aqui do Mega Curioso recebemos uma intrigante pergunta de Giovanni Bruno Jr., um de nossos leitores. Depois de ler uma matéria aqui no nosso site — mais especificamente, uma intitulada “Se existem ‘zilhões’ de planetas no Universo, então, cadê os aliens?” —, Gionanni ficou interessado a respeito de uma informação que mencionamos, ou seja, que o Universo observável conta com cerca de 90 bilhões de anos-luz de diâmetro.

Entretanto, conforme apontou o nosso leitor, se o nosso Universo surgiu há 13,7 bilhões de anos — em decorrência do Big Bang — e se encontra em expansão desde então na velocidade da luz (ou seja, a pouco menos de 300 mil quilômetros por segundo no vácuo), considerando que nada pode viajar mais depressa do que a luz, como diabos o Universo conseguiu crescer tanto?

Como pode?

Segundo Giovanni, seguindo essa lógica, o Universo deveria medir pouco menos de 14 bilhões de anos-luz de diâmetro, em vez de 90 bilhões — e isso que nem estamos considerando aqui o tamanho do Universo “não observável” que, até onde se especula, pode se estender por todo o infinito e além... Então, como?

Antes de começar

Voltando ao Universo observável, para entender melhor o motivo de ele ser muito maior do que a sua idade, primeiro precisamos abordar uma série de questões, como a maneira como a luz se comporta no vácuo e até um pouquinho da teoria das cores para que tudo possa fazer sentido no final.

Expansão, luz, cores e ação!

Isso porque, para compreender a expansão do Universo, precisamos entender diversos conceitos, incluindo um chamado “desvio para o vermelho” — que, basicamente, se refere à forma como as ondas de luz se comportam com relação à velocidade relativa entre uma fonte emissora e um observador. Vamos lá?

Esclarecendo alguns pontos

Você deve se recordar das suas aulas de Física — e de Isaac Newton! —, quando aprendeu que o negro representa a ausência de cor, enquanto o branco, ao contrário, corresponde à combinação de todas as cores, certo? As cores nada mais são do que ondas eletromagnéticas que vibram em determinadas frequências da luz, sendo que a mais longa que nós, humanos, conseguimos enxergar é a vermelha e a mais curta, a roxa.

Lembra de ter estudado sobre o prisma na escola?

Pois, com esse conhecimento em mãos, sobre como a luz se propaga e interage com a matéria, nós conseguimos determinar uma porção de coisas a respeito dos objetos, como sua temperatura, sua composição e até a sua localização no espaço. E falando em localização de corpos no espaço, você também deve se recordar de ter estudado sobre o Efeito Doppler — você pode conferir uma explicação completa através deste link —, não é mesmo?

Embora ele geralmente seja associado com a forma como as ondas sonoras se propagam, o mesmo processo pode ajudar a esclarecer o motivo de a luz emitida por determinadas fontes cósmicas tender para um ou outro extremo do espectro eletromagnético. Calma... já vamos explicar isso direitinho! Bem, o Efeito Doppler permite que saibamos como a trajetória de um comprimento de onda é alterada com base na direção em que um objeto está se movendo.

Desvio para o vermelho

Assim, quando um objeto está se movendo na direção oposta à nossa, os comprimentos de onda da luz são “esticados” e aparecem tendendo para o vermelho (mais longos); já quando um objeto está se deslocando em nossa direção, os comprimentos de onda são comprimidos e, portanto, aparecem azulados (mais curtos). É aqui que o “desvio para o vermelho” entra em cena.

Universo em expansão

Quando os astrônomos começaram a medir a distância que separa as galáxias de nós — com base na luz que elas emitem —, eles notaram que os comprimentos de onda vindos delas tendiam para o vermelho, indicando que elas estão se movendo na direção oposta à nossa. Mas os cientistas notaram algo mais.

Tudo está se afastando do centro do Universo

Além de as galáxias e demais astros que existem no espaço estarem se deslocando no sentido oposto ao nosso, os astrônomos observaram que o desvio para o vermelho também aumenta, indicando que esses corpos todos estão “fugindo” de nós cada vez mais depressa — o que significa que o Universo se encontra em expansão.

As observações do desvio para o vermelho também apontaram que, quanto mais distantes as galáxias se encontram no espaço, mais depressa elas estão se movendo em direção ao limite do Universo observável. Mas essa informação é só uma curiosidade mesmo! Agora que já explicamos como descobrimos que o Universo se encontra em expansão, que tal seguir para a confusão entre a idade e o tamanho dele?

Uma coisa é uma coisa, outra coisa é outra coisa

Quando falamos a respeito de um limite observável do Universo, isso implica que há um Universo não observável também — que se estende muito além do que as nossas mentes podem compreender. Só para você ter uma ideia, é nessa parcela observável que se encontram todos os astros que existem, ou seja, 25 bilhões de agrupamentos galácticos, 350 bilhões de grandes galáxias, 7 trilhões de galáxias anãs e por volta de 10²² a 10²⁴ estrelas!

Nem dá para imaginar tudo o que existe no Cosmos!

Agora, imagine tudo isso existindo em um espaço de apenas 13,7 bilhões de anos-luz de diâmetro. É aqui que a confusão entre o tamanho do Universo e sua idade começa. Na verdade, assumindo que o Cosmos teve origem a partir do Big Bang, há quase 14 bilhões de anos, o que nem todo mundo sabe é que, de acordo com essa teoria, nos primórdios de tudo, o espaço-tempo começou a se expandir mais depressa do que a velocidade da luz.

Esse período é conhecido como inflação cósmica — e explica o motivo, entre outras coisas, de o Universo ser maior do que a sua idade. Segundo a teoria do Big Bang, em um piscar de olhos, o Cosmos passou de ser um ponto extraordinariamente denso e quente e se tornou algo incrivelmente gigante e repleto de partículas que, com o tempo, começaram a formar tudo o que existe.

Diagrama mostrando o progresso do Universo

Pois, depois que aquela inflação inicial diminuiu, a expansão do Universo diminuiu com ela, e hoje os cientistas acreditam que ela continua acontecendo graças a uma força misteriosa (e ainda hipotética) conhecida como energia escura. Porém, o mais interessante é que, embora a Ciência ainda não consiga explicar os mecanismos por trás da expansão, ela parece estar acontecendo mais depressa do que a velocidade da luz.

E apesar de termos dito lá no comecinho da matéria que nada pode viajar mais depressa do que a velocidade da luz, o ritmo de expansão do Universo não está quebrando nenhuma lei da Física. Isso porque, de acordo com a Teoria da Relatividade de Einstein, nenhum corpo pode ultrapassar a velocidade da luz, mas isso não quer dizer que o espaço-tempo não possa.

Universo observável

Sendo assim, o que acontece é que, na verdade, as galáxias, as estrelas, os planetas e tudo o que existe não estão viajando através do Universo, mas sim se expandindo junto com ele. Isso significa que, em vez de a matéria estar se deslocando através do espaço, ela é “arrastada” por ele e, com isso, as distâncias entre galáxias vão aumentando — sempre e quando elas não estejam próximas o suficiente para sucumbir à gravidade entre elas (e elas acabem colidindo).

Como é que é?

Para entender melhor esse papo todo de expansão, imagine que você se encontra em uma imensa estrada e não consegue ver nem o começo nem o fim dela. Agora, imagine que por toda essa estrada existem pessoas a exatamente 1 metro de distância uma da outra, e que você ocupa a posição “0”. Adiante de você, se encontra a pessoa “1”, depois dela, a “2”, a “3” etc. e, atrás de você, a “-1”, a “-2”, a “-3” e assim por diante — nos dois sentidos.

Uma loooonga estrada elástica

Só que essa estrada é elástica e começa a se esticar gradativamente nas duas direções — e você começa a ver como as pessoas que se encontram diante e atrás de você começam a se afastar para frente e para trás na mesma proporção, sem que elas estejam caminhando. Elas continuam paradinhas no lugar.

Conforme a estrada continua se esticando, você vai notar que as pessoas que se encontram mais distantes de você parecerão estar cada vez mais longe e se afastando cada vez mais depressa — embora elas não tenham dado um passo sequer. Agora, imagine que um carro começa a percorrer essa mesma estrada. Ao chegar ao final, você concorda que o percurso será muito mais longo do que o normal porque a estrada está se expandindo enquanto o carro viaja por ela?

Booom!

No caso do Universo, apesar de a luz estar viajando por ele há cerca de 14 bilhões de anos — e ter percorrido perto de 14 bilhões de anos-luz —, a explosão que emitiu essa mesma luz também está viajando na mesma direção durante esse tempo todo. Por isso, em vez de o Universo observável ter o mesmo tamanho de sua idade, ele, na verdade, é muito, muito maior.