A expansão do universo torna a distância cósmica muito menos intuitiva do que medir quanto tempo a luz viajou.
Um universo em expansão torna difícil definir distâncias porque o espaço se expande enquanto a luz está em trânsito. Os objetos continuam a emitir luz, mas à medida que essa luz viaja em nossa direção, a separação média entre as galáxias aumenta (sim, eu sei que às vezes as galáxias podem colidir, mas estamos falando de médias em grande escala aqui).
Quando a luz de uma galáxia distante finalmente alcança um telescópio depois de viajar durante bilhões de anos, ela mostra a galáxia como ela era no passado. Não nos diz diretamente a que distância a galáxia está agora. Para estimar a sua distância atual, os astrónomos utilizam um modelo cosmológico que calcula o quanto o Universo se expandiu à medida que a luz viaja.
O modelo principal é conhecido como LCDM, que inclui matéria escura (fase diferente) e energia escura (fase diferente). Os seus pontos fortes e limitações podem ser debatidos (episódios diferentes), mas os modelos alternativos geralmente não alteram muito o quadro básico.
A expansão expande o universo observável
A maior distância que podemos ver, que é a idade do Universo (13,77 mil milhões de anos), é quando o Universo está em expansão, a cerca de 45 mil milhões de anos-luz de distância. Essa distância é chamada de horizonte de partículas, horizonte cósmico ou horizonte móvel, dependendo de quão elegante você está se sentindo no momento. Esta é a extensão da nossa bolha observável, neste momento, o valor máximo que podemos ver hoje.
Mas espere, 45 não é maior que 13,77? Isso não significa que o universo está se expandindo mais rápido que a luz? Sim, sim, é verdade.
Não é grande coisa. Porque o limite de velocidade da luz só se aplica a observações locais – eu nunca veria um foguete mais rápido que a luz explodir perto de mim. Se você acha que isso é algum tipo de trapaça, não é; É assim que a relatividade especial é construída. Objetos no outro extremo do universo podem se mover na velocidade que quiserem, porque estão muito distantes.
Redshift revela rapidamente a recessão cósmica
Na verdade, podemos calcular a velocidade atual de qualquer objeto e isso é feito por redshift. Se uma galáxia estiver se afastando de nós, sua luz mudará para a parte vermelha do espectro eletromagnético. Foi assim que Edwin Hubble descobriu pela primeira vez a expansão do universo. E num universo em expansão, objetos mais distantes encolhem cada vez mais rápido, porque há mais espaço entre eles e nós para nos expandirmos.
E o ponto de viragem, onde os objetos se afastarão de nós mais rapidamente que a luz, está exatamente à distância do Hubble, a 13,77 mil milhões de anos-luz de distância.
Um segundo horizonte limita a luz futura
Ainda podemos observar estas galáxias porque a luz que nos chega começou a sua viagem há milhares de milhões de anos, quando estavam muito mais próximas. Algumas galáxias, ainda mais distantes, podem tornar-se visíveis ao longo do tempo pela mesma razão. No entanto, existe um limite conhecido como horizonte de eventos cósmicos (que é ligeiramente diferente de nunca buraco negro horizonte de eventos). Está localizado a cerca de 17 bilhões de anos-luz de distância. A luz emitida além dessa distância não nos alcançará agora, não importa quanto tempo esperemos.
A expansão acelerada do universo impulsionada pela energia escura torna este limite ainda mais significativo. O horizonte de eventos cósmicos continuará a expandir-se antes de eventualmente se estabilizar em cerca de 60 mil milhões de anos-luz. Mesmo assim não podemos ver tudo. A luz das galáxias mais distantes será desviada para o vermelho para comprimentos de onda tão extremos que essas galáxias desaparecerão efetivamente. Em aproximadamente 100 mil milhões de anos, todas as galáxias fora do Grupo Local desaparecerão de vista para sempre.
Adaptado de um artigo publicado originalmente a conversa.
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