O Observat\'orio -- {\large\bf Velocidades superiores \`a da luz no Universo (II).}

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A Europa rumo à Lua.

Velocidades superiores à da luz no Universo (II).

Retomando o raciocínio que iniciámos no número anterior, vejamos então como se comporta a velocidade do fotão no Universo em expansão.

No instante em que foram emitidos (ver figura), os fotões tinham quase o dobro da velocidade da luz, mas afastavam-se de nós ( $v$ _fot ~ 1.85c). Devido à expansão, a esfera de Hubble consegue alcançá-los, (ficando, nesse instante, os fotões momentaneamente "parados"). Finalmente, acabamos por captá-los em $t$ ₀.

Fig. Na figura vemos que o fotão começa por ter uma velocidade $1.85c$ a afastar-se de nós, mas desde que entra na esfera de Hubble, ficando momentaneamente "parado", a sua velocidade acaba por atingir $-c$ quando nos alcança.

A galáxia que emitiu o sinal está, actualmente, a uma distância de

d

_G(t₀) ~ 8.3

Giga Pc

⁽¹⁾, supondo que a galáxia emitiu o seu primeiro sinal luminoso em

t

_e=1 mma. A sua velocidade actual é de

v

_G(t₀) ~ 1.2c.

De toda a radiação que captamos do Universo, a que foi emitida a maior distância de nós é, sem dúvida, a radiação cósmica de fundo. Foi neste instante $t$ _d ~ 470 mil anos, que houve o desacoplamento entre a matéria e a radiação. A última superfície de "scattering" foi emitida neste instante e é observada por nós com um desvio para o vermelho de $z ~ 1000$ . Para maiores valores de z (consequentemente para $t<t$ _d) o Universo era opaco à radiação electromagnética. Neste sentido, podemos falar num horizonte visual, porque de facto esta radiação de micro-ondas é a informação mais distante que conseguimos captar. Podemos calcular a que distância estava de nós essa radiação no instante em que foi emitida. No instante em que a radiação foi emitida, essa matéria viajava a uma velocidade $v(t$ _d) ~ 61.3c. A sua velocidade é actualmente de $v(t$ ₀) ~ 1.94c. No entanto, há matéria que não conseguimos observar e que ainda está mais distante. A mais longínqua viaja actualmente a $2c$ ( $quando z tende para o infinito$ ), o chamado horizonte de partículas, mas localmente está em repouso para um observador local fundamental.

Como vimos, a expansão produz efeitos significativos na forma como a matéria e radiação podem estar causalmente relacionadas em pontos distintos do $Universo$ ⁽²⁾. No entando, é fundamental sabermos como é que essa expansão está a evoluir no tempo, ou seja, se está a aumentar ou a diminuir.

Na hipótese teórica da expansão estar a diminuir (Universo em desaceleração) dois cenários são possíveis: o Universo expande-se indefinidamente, ou após um certo instante começa a contrair-se dando origem à Grande Implosão (o contrário da Grande Explosão). A última hipótese leva à reunião de todas as condições para a formação de um novo universo e este cenário perpetua-se.

As observações recentes em $supernovas$ ⁽³⁾ parecem não deixar grandes dúvidas nos investigadores de que o Universo está em expansão acelerada. Estas conclusões são contrárias às convicções da maioria dos cosmólogos e obrigam a admitir a presença de uma constante nas equações de campo de Einstein, a chamada constante cosmológica. Isto implica que a expansão do Universo é única e indefinida, o que leva a que, por exemplo, o processo de formação de estrelas, após tempo suficiente, termine, tornando o Universo cada vez mais frio e vazio.

Dr. Paulo Aguiar
CAAUL / FCUL
http://cosmo.fis.fc.ul.pt/~paguiar/

(1) Giga Pc corresponde, aproximadamente, a $3 ×10$ ²² km.

(2) Dois pontos do espaço dizem-se causalmente relacionados se conseguem comunicar através de um sinal luminoso.

(3) Supernovas são fenómenos cataclísmicos resultantes de estrelas que, no final da sua vida, acabam por reunir massa suficiente para explodirem, dando origem a uma grande libertação de energia.