O prémio Nobel da Física de 2011: Supernovas e a aceleração do Universo

Em Outubro de 2011 foi anunciado que Saul Perlmutter, Brian Schmit e Adam Riess seriam os laureados com o prémio Nobel da Física de 2011. Esta atribuição deve-se a estes cientistas terem liderado duas equipas de um par de dezenas de investigadores que em 1998 descobriram que o nosso Universo se encontra em expansão acelerada. Eu proponho descrever, neste breve artigo, a razão pela qual pensamos que o Universo está a acelerar; qual foi o processo que levou a esta descoberta e; quais são as implicações destes resultados.

Será certamente justo dizer que a cosmologia moderna começa em 1916 com a descoberta por Vesto Slipher de que a maior parte das galáxias no Universo se está a afastar de nós. Ele chegou a esta conclusão decompondo a luz proveniente de galáxias distantes. Slipher verificou que o espectro de luz destas galáxias era semelhante ao espectro das galáxias vizinhas mas com uma pequena diferença. Num espectro de luz é comum existirem regiões escuras que correspondem a comprimentos de onda não emitidos pela fonte. Normalmente essas linhas estão relacionadas com o género de elementos existentes nas estrelas. É assim que nós sabemos de que são compostas as estrelas e os planetas sem nunca lá termos viajado ou enviado uma sonda. Para as estrelas de galáxias muito distantes, essas linhas escuras encontram-se nos comprimentos de onda maiores, ou seja, para cores mais vermelhas, indicando que a galáxia se esta a afastar de nos. Um pouco como sabermos que um comboio se está a afastar porque o som se move para os tons graves.

A razão entre a frequência da luz emitida na fonte e a frequência observada quando chega aos nossos telescópios define uma quantidade importante em cosmologia, apelidada de “desvio para o vermelho” ou “redshift”, e que é portanto, uma medida de quão rápido uma fonte emissora de luz se afasta de nós. Em astronomia, o valor do redshift é usualmente indicado pela letra “z”, isto quer dizer, que uma galáxia de redshift z=0.1 é uma galáxia que tem uma velocidade de recessão menor que uma galáxia de redshift z=0.4.

Quase uma década depois, Lemaitre e Hubble vão um passo mais longe, usando dados de estrelas Cefeidas, eles mostram que as galáxias mais distantes sofrem este desvio para o vermelho de uma forma mais acentuada do que galáxias mais próximas.

A interpretação correcta deste efeito não foi imediata mas tudo indicava que o nosso Universo estava em expansão ao contrario do que se pensava até ao momento. De facto, até estas observações virem a lume, “estático” era a palavra consensual para descrever o Universo. Os investigadores da altura compreenderam que a construção de um diagrama que nos fornecesse a dependência da velocidade das galáxias com a distancia nos daria uma estimativa da quantidade de matéria no Universo. (É um método semelhante a determinar a massa da Terra atirando um objecto pesado ao ar e tomando nota de como a sua velocidade decresce à medida que se desloca verticalmente. Este procedimento permite-nos calcular a aceleração da gravidade que por sua vez está relacionada com o valor da massa da Terra.) Para fazer este exercício de forma precisa seria necessário usar estrelas em galáxias ainda mais distantes. As estrelas Cefeidas não são suficientemente luminosas para esta tarefa e uma alternativa era desejada.