Já se passaram 100 anos desde que aprendemos que a Via Láctea não é a única galáxia

No domingo, 23 de novembro de 1924, há 100 anos neste mês, os leitores que folheavam a página seis do New York Times teriam encontrado um artigo intrigante, em meio a vários grandes anúncios de casacos de pele. A manchete dizia: Descobre que nebulosas espirais são sistemas estelares: “Dr. Hubbell confirma visão de que são ‘universos-ilhas’; Semelhante ao nosso”.

O astrônomo americano no centro do artigo, Dr. Edwin Powell Hubble, provavelmente ficou surpreso com o erro ortográfico de seu nome. Mas a história detalhava uma descoberta inovadora: o Hubble descobriu que duas nebulosas em forma de espiral, objetos compostos de gás e estrelas, que anteriormente se pensava residirem na nossa galáxia, a Via Láctea, estavam localizadas fora dela.

Esses objetos eram na verdade as galáxias Andrômeda e Messier 33, as grandes galáxias mais próximas da nossa Via Láctea. Hoje, estima-se que até vários biliões de galáxias preencham o Universo, com base em observações de dezenas de milhões de galáxias.

Quatro anos antes do anúncio do Hubble, um evento denominado “o grande debate” ocorreu em Washington DC entre os astrônomos americanos Harlow Shapley e Heber Curtis. Shapley mostrou recentemente que a Via Láctea é maior do que o medido anteriormente. Shapley argumentou que poderia acomodar nebulosas espirais dentro dele. Curtis, por outro lado, defendeu a existência de galáxias além da Via Láctea.

Olhando retrospectivamente, e ignorando certos detalhes, Curtis venceu o debate. No entanto, o método que Shapley usou para medir distâncias através da Via Láctea foi fundamental para a descoberta do Hubble e foi herdado do trabalho de uma astrônoma americana pioneira: Henrietta Swan Leavitt.

Medindo distâncias até estrelas

Em 1893, um jovem Leavitt foi contratado como “computador” para analisar imagens de observações telescópicas no Harvard College Observatory, Massachusetts. Leavitt estudou placas fotográficas de observações telescópicas de outra galáxia chamada Pequena Nuvem de Magalhães, realizadas por outros pesquisadores do observatório.

Leavitt estava procurando estrelas cujo brilho mudasse com o tempo. De mais de mil estrelas variáveis ​​(mutantes), ela identificou 25 de um tipo conhecido como Cefeidas, publicando os resultados em 1912.

O brilho das estrelas Cefeidas muda com o tempo, então elas parecem pulsar. Leavitt descobriu uma relação consistente: as cefeidas que pulsavam mais lentamente eram intrinsecamente mais brilhantes (mais luminosas) do que aquelas que pulsavam mais rapidamente. Isso foi apelidado de “relação período-luminosidade”.

Outros astrónomos perceberam a importância do trabalho de Leavitt: a relação poderia ser usada para calcular distâncias às estrelas. Enquanto estudante na Universidade de Princeton, Shapley usou a relação período-luminosidade para estimar distâncias a outras Cefeidas através da Via Láctea. Foi assim que Shapley chegou à sua estimativa do tamanho da nossa galáxia.

Mas, para que os astrónomos tivessem a certeza sobre as distâncias dentro da nossa galáxia, precisavam de uma forma mais direta de medir distâncias até às Cefeidas. O método da paralaxe estelar é outra forma de medir distâncias cósmicas, mas só funciona para estrelas próximas. À medida que a Terra orbita o Sol, uma estrela próxima parece mover-se em relação a estrelas de fundo mais distantes. Este movimento aparente é conhecido como paralaxe estelar. Através do ângulo desta paralaxe, os astrónomos podem calcular a distância de uma estrela à Terra.

O pesquisador dinamarquês Ejnar Hertzsprung usou a paralaxe estelar para obter as distâncias de algumas estrelas Cefeidas próximas, ajudando a calibrar o trabalho de Leavitt.

O artigo do New York Times enfatizou os “grandes” telescópios do Observatório Mount Wilson, perto de Los Angeles, onde o Hubble estava trabalhando. O tamanho do telescópio é geralmente avaliado pelo diâmetro do espelho primário. Com um espelho de 2,5 metros de diâmetro para coletar luz, o telescópio Hooker em Mount Wilson era o maior telescópio da época.

Grandes telescópios não são apenas mais sensíveis à resolução de galáxias, mas também criam imagens mais nítidas. Edwin Hubble estava, portanto, bem colocado para fazer a sua descoberta. Quando Hubble comparou as suas chapas fotográficas tiradas com o telescópio de 100 polegadas com as tiradas nas noites anteriores por outros astrónomos, ele ficou emocionado ao ver uma estrela brilhante parecer mudar de brilho ao longo do tempo, como esperado para uma Cefeida.

Usando os cálculos de Leavitt, Hubble descobriu que a distância até sua Cefeida excedia o tamanho de Shapley para a Via Láctea. Nos meses seguintes, Hubble examinou outras nebulosas espirais enquanto procurava por mais Cefeidas para medir distâncias. A notícia das observações do Hubble estava se espalhando entre os astrônomos. Em Harvard, Shapley recebeu uma carta do Hubble detalhando a descoberta. Ele a entregou à colega astrônoma Cecilia Payne-Gaposchkin, comentando: “Aqui está a carta que destruiu meu universo”.

Expansão do Universo

Além de estimar a distância até uma galáxia, os telescópios também podem medir a velocidade com que uma galáxia se aproxima ou se afasta da Terra. Para fazer isso, os astrônomos medem o espectro de uma galáxia: os diferentes comprimentos de onda da luz que vem dela. Eles também calculam um efeito conhecido como deslocamento Doppler e o aplicam a esse espectro.

O deslocamento Doppler ocorre tanto para ondas luminosas quanto sonoras; é responsável pelo aumento do tom da sirene à medida que um veículo de emergência se aproxima e, em seguida, diminuindo à medida que passa por você. Quando uma galáxia se afasta da Terra, as características do espectro conhecidas como linhas de absorção têm comprimentos de onda medidos mais longos do que teriam se não estivessem em movimento. Isto se deve ao deslocamento Doppler, e dizemos que essas galáxias foram “desviadas para o vermelho”.

A partir de 1904, o astrônomo americano Vesto Slipher usou a técnica Doppler com um telescópio de 24 polegadas no Observatório Lowell em Flagstaff, Arizona. Ele descobriu que as nebulosas estavam com desvio para o vermelho (se afastando) ou com desvio para o azul (viajando em nossa direção). Slipher descobriu que algumas nebulosas se afastavam da Terra a velocidades que chegavam a mil quilómetros por segundo.

Hubble combinou as medições de Slipher com as suas estimativas de distância para cada galáxia e descobriu uma relação: quanto mais longe uma galáxia está de nós, mais rapidamente se afasta de nós. Isto pode ser explicado pela expansão do Universo a partir de uma origem comum, que ficaria conhecida ironicamente como Big Bang.

O anúncio há 100 anos consolidou o lugar do Hubble na história da astronomia. Seu nome seria mais tarde usado para designar um dos instrumentos científicos mais poderosos já criados: o telescópio espacial Hubble. Parece incrível como, ao longo de apenas cinco anos, a nossa compreensão do Universo foi colocada em foco.