Um universo em expansão torna a medição da distância mais complicada porque o espaço não permanece fixo enquanto a luz viaja através dele. As galáxias continuam a emitir luz, mas essa luz pode demorar milhares de milhões de anos a atravessar o cosmos antes de chegar até nós. Durante essa jornada, o universo continua se expandindo, aumentando a separação média entre as galáxias (sim, eu sei que às vezes as galáxias podem colidir, mas estamos falando de média, em grandes escalas aqui).
Isto significa que quando um telescópio capta a luz de uma galáxia distante, a imagem não revela onde essa galáxia está hoje. Mostra a galáxia tal como se apresentava quando a luz iniciou a sua viagem. Para estimar a sua distância actual, os astrónomos devem utilizar um modelo cosmológico que explique como o Universo se expandiu ao longo do tempo.
O modelo líder usado hoje é chamado LCDM. Inclui matéria escura (episódio diferente) e energia escura (episódio diferente). Vale a pena discutir separadamente os pontos fortes e as limitações do LCDM (episódio diferente), mas os modelos alternativos não alteram significativamente o quadro geral aqui descrito.
O Limite do Universo Observável
O Universo tem cerca de 13,77 mil milhões de anos, mas as regiões mais distantes que podemos observar estão agora a cerca de 45 mil milhões de anos-luz de distância. O espaço se expandiu durante todo o tempo em que a luz deles viajou em nossa direção.
Esse limite é conhecido como horizonte de partículas, horizonte cosmológico ou horizonte móvel, dependendo de quão elegante você se sente no momento. Define a borda externa da nossa bolha observável e marca a maior distância que podemos ver hoje.
A princípio, os números parecem contraditórios. Como pode o universo observável estender-se por 45 mil milhões de anos-luz quando o universo tem apenas 13,77 mil milhões de anos? A resposta é que o universo pode se expandir mais rápido que a luz.
Por que a expansão mais rápida que a luz é permitida
Isso não viola as leis da física. A velocidade da luz limita a rapidez com que os objetos podem se mover pelo espaço em uma região local. Um observador nunca verá um foguete próximo passar mais rápido que a luz.
A expansão cósmica é diferente. Galáxias distantes não estão necessariamente acelerando pelo espaço no sentido usual. Em vez disso, o espaço entre nós e essas galáxias está a aumentar. A relatividade especial não impõe a mesma restrição à rapidez com que grandes distâncias podem aumentar em todo o universo.
Os astrónomos podem estimar a rapidez com que uma galáxia está a retroceder medindo o seu desvio para o vermelho. À medida que uma galáxia se afasta, a sua luz é esticada em direção a comprimentos de onda mais vermelhos no espectro eletromagnético. Edwin Hubble usou este efeito para descobrir evidências de que o universo está em expansão.
Num universo em expansão, as galáxias mais distantes geralmente recuam mais rapidamente porque existe uma maior quantidade de espaço entre elas e nós. Mais espaço significa mais distância que pode se expandir.
O ponto em que as galáxias começam a retroceder mais rápido que a luz é chamado de distância de Hubble. Encontra-se a cerca de 13,77 bilhões de anos-luz de distância.
Por que ainda podemos ver galáxias em movimento mais rápido
Podemos observar galáxias além da distância do Hubble porque a luz que nos chega hoje foi emitida há muito tempo, quando essas galáxias estavam muito mais próximas. Também poderemos eventualmente receber luz de algumas galáxias localizadas ainda mais distantes, desde que a luz comece a viajar em nossa direção quando as galáxias estiverem mais próximas.
No entanto, existe um limite último chamado horizonte de eventos cosmológico (que é ligeiramente diferente do horizonte de eventos do buraco negro). Atualmente está a cerca de 17 bilhões de anos-luz de distância.
Qualquer luz emitida AGORA MESMO além dessa fronteira NUNCA nos alcançará, nunca, não importa quanto tempo esperemos. A expansão do espaço impedirá que ele atravesse a distância crescente.
Energia escura e o universo em extinção
A expansão acelerada impulsionada pela energia escura torna esta separação ainda mais extrema. O horizonte de eventos cosmológicos continuará a expandir-se no futuro, mas acabará por se aproximar de uma distância máxima de cerca de 60 mil milhões de anos-luz.
Mesmo assim, os observadores não conseguirão ver tudo a essa distância. A luz das galáxias mais remotas será esticada em comprimentos de onda tão enormes que desaparecerá efetivamente de vista.
Em cerca de 100 mil milhões de anos, todas as galáxias para além do Grupo Local de galáxias desaparecerão de vista para sempre. Os futuros observadores viverão num universo que parece muito menor e mais vazio do que aquele que podemos ver hoje.
