O Universo

Como surgiu o universo? Será que ele tem fim? De onde vieram todas essas estrelas? Será que elas também têm planetas girando ao seu redor como o nosso Sol? Será que existe vida nesses planetas? E na Terra, como surgiu a vida? Em 1997, o telescópio espacial Hubble produziu imagens espetaculares do universo. São miríades de estrelas, constelações, galáxias e quasares perdidos nos confins do universo. Essas imagens contêm as pistas para algumas das questões mais antigas e profundas da existência humana. Alguns dos mais remotos documentos da humanidade falam sobre a criação do mundo, do Sol, da Lua e sobre a origem da vida. As mesmas perguntas que nossos ancestrais faziam ao contemplar uma noite de céu estrelado continuam a desafiar hoje cientistas do mundo inteiro. A diferença é que, agora, eles contam com instrumentos poderosos de observação, como é o caso do Hubble. Nunca se esteve tão perto da resposta final como hoje.

O estudo das estrelas e do universo evoluiu rapidamente nos últimos séculos. Em 1609, Galileu Galilei apontou o telescópio para os céus pela primeira vez e revelou um mundo completamente diferente das teorias aristotélicas de então. Mas tarde, no mesmo século, Issac Newton unificou a física dos céus com a física da Terra através de sua teoria da gravitação universal. Mas foi apenas no século XX, com o casamento entre a nova teoria da relatividade Geral, desenvolvida por Albert Einstein, e a construção de poderosos telescópios, que físicos e astrônomos puderam finalmente enfrentar com mais segurança algumas dessas questões ancestrais sobre a origem e a estrutura de nosso mundo. Assim nasceu a cosmologia moderna, a área da física que estuda as propriedades e a evolução do universo como um todo. O que testemunhamos hoje é uma profunda revolução em nossa compreensão do universo. Através da combinação de poderosas teorias e observações pioneiras no campo da astronomia, como a do telescópio Hubble, cosmólogos estão prestes a responder a várias dessas grandes questões.

Um dos pilares da cosmologia moderna é uma descoberta sensacional feita em 1929 pelo astrônomo americano Edwin Hubble. Ao estudar a luz emitida por várias galáxias, Hubble corajosamente concluiu que elas estão se afastando de nós. O resultado lógico dessa descoberta é que, ao contrário do que se imaginava antes, não vivemos num universo estático. Se ele está em expansão, como demonstraram as observações de Hubble, isso quer dizer que teve um começo e, provavelmente, terá um fim. O desafio atual, portanto é tentar reconstruir a história do universo, desde sua origem até o presente e o seu possível desaparecimento. Foi isso que fez, em 1946, o físico russo George Gamow. Ele é o pai da hoje famosa teoria do Big Bang. Gamow sugeriu que o universo surgiu de um estado extremamente quente e denso e que, desde então, vem se expandindo. Nesse estado inicial, a matéria estava dissociada em seus elementos mais elementares, que interagiam ferozmente. Segundo Gamow, essa "sopa cósmica" era composta principalmente de prótons, nêutrons, elétrons e fótons, as partículas da radiação eletromagnética que incluem ondas de rádio, a luz visível, os raios X e muitas outras formas de radiação.

Hoje sabemos que a composição inicial dessa sopa era outra, mas as idéias de Gamow permaneceram mais ou menos intactas. Ele não se perguntou como essas partículas apareceram. Achava que esse tipo de pergunta pertencia mais ao campo da teologia que ao da física. Mas é exatamente essa a pergunta crucial que tentamos responder hoje. Há várias respostas em circulação, nenhuma conclusiva. Sabe-se que, à medida que se expande, o universo se resfria. No começo, o calor era tanto que impedia a formação de estruturas mais complexas. Sempre que os prótons e os nêutrons tentavam formar núcleos mais pesados ou um elétron tentava formar um átomo de hidrogênio com um próton, os fótons (o calor) frustrava essas tentativas. No passo seguinte, a temperatura do universo caiu o suficiente para permitir que núcleos mais leves se fundissem, em um processo conhecido como "nucleossíntese".

O surpreendente é que a nucleossíntese durou apenas uma fração de tempo: começou quando o universo tinha em torno de um segundo de "vida" e acabou em três minutos. Desse processo relâmpago surgiram gases como o hélio. A etapa seguinte foi mais demorada. Cerca de 300.000 anos depois do Big Bang, a temperatura caiu o suficiente para permitir que prótons e elétrons se unissem em átomos de hidogênio. A partir daí, os fótons, que antes interagiam com prótons e elétrons, passaram a se propagar livremente através do universo. Esse fenômeno é conhecido como "desacoplamento" da matéria e radiação. Gamow afirmou que esses fótons poderiam ser observados, como radiação com comprimento de onda semelhante ao das ondas de rádio. Em cada centímetro cúbico do universo, existem cerca de 400 fótons de radiação cósmica, fósseis do processo de desacoplamento.

Gamow e seus colaboradores fizeram duas previsões. A primeira é que o universo deveria estar banhado em radiação. A Segunda é que quase um quarto de sua matéria deveria ser na forma de hélio. Ambas foram espetacularmente confirmadas por várias observações nas últimas três décadas. Com exceção de alguns poucos cosmólogos, a grande maioria dos especialistas acredita que o universo teve mesmo uma infância extremamente quente e densa. Mais ainda, o hélio e a radiação medidos são relíquias que podemos usar para reconstruir sua história. Mas nem tudo é festa. O modelo do Big Bang, apesar de extremamente bem-sucedido, tem suas limitações. Elas não significam que modelo esteja errado, mas apenas incompleto.

Uma dessas questões não resolvidas é a idade do universo. Quando Edwin Hubble descobriu que o universo está em constante expansão, ele chegou a estimar que o universo tinha em torno de 2 bilhões de anos. Esse número era problemático porque se sabia na época que a própria Terra tinha bem mais de 2 bilhões de anos. Como o universo poderia ser mais jovem do que a Terra? Apenas em 1952, mais de vinte anos depois das observações de Hubble, o astrônomo Walter Baade mostrou que o universo era pelo menos duas vezes mais velho do que a Terra. Hoje, temos métodos e instrumentos muito mais precisos, mas as estimativas ainda variam entre 10 e 20 bilhões de anos!

A grande esperança para a resolução final desse debate está depositada no supertelescópio Hubble. Armado em órbita da Terra ele é o mais poderoso instrumento já desenvolvido pela astronomia. Tão poderoso que a astrônoma americana Wendy Freedman, líder do grupo de pesquisa que utiliza o telescópio para medir a idade do universo, acredita que em dez anos saberemos a resposta com margem de erro de apenas 10 %, certamente bem melhor do que a imprecisão atual. Desde que começou a operar, em 1990, o Hubble se transformou no grande revelador da natureza dinâmica do universo. Antes dele, nem em sonhos os astrônomos poderiam imaginar as fotos com as quais hoje podem trabalhar. São imagens de estrelas nascendo em colisões de galáxias, astros morrendo em explosões que ejetam enormes quantidades de matéria através do espaço, berçários estelares em nuvens ultradensas de gás, numa coreografia de criação e destruição ocorrendo nas maiores escalas que podemos conceber.

Através do Hubble, a humanidade pôde ver imagens de estrelas a aproximadamente 10 bilhões de anos-luz da Via Láctea. São os primeiros registros conhecidos de luz gerados em um universo extremamente jovem. É como se fosse uma viagem no tempo. Quanto mais longe o objeto observado, mais antiga é sua luz. O sistema mais próximo da Via Láctea, a galáxia de Andrômeda, está a 2 milhões de anos-luz do Sol. Ou seja, a luz que vemos agora deixou Andrômeda 2 milhões de anos atrás, quando o Homo sapiens estava começando a caminhar sobre a Terra. Nossa própria galáxia possivelmente está em rota de colisão com Andrômeda - mais uma das questões que o Hubble irá esclarecer num futuro próximo.

As imagens grandiosas captadas pelo supertelescópio também revelam a nossa insignificância perante a imensidão do cosmo. O universo prosseguirá seu curso independentemente da existência humana. Em contrapartida, hoje temos a certeza de que a presença humana aqui só depende de nós mesmos. Temos o imenso privilégio de fazer parte desse universo, de poder compartilhar de sua grandeza. Irrelevante ou não dentro da escala cósmica, este planeta é a nossa casa. Cabe a nós preservá-lo da melhor maneira possível, para que as futuras gerações também possam desfrutar o mesmo privilégio de se maravilhar diante do céu estrelado numa noite escura.

(Extraído de: Revista Veja, ano 30 - n^o 51, dezembro/1997, p. 69-71.)