12 Galáxias perfeitamente idênticas confundiram cientistas

Então você é um gigante titã que cria nosso universo a partir dos ingredientes do seu armário. E assim produziu a linda galáxia Sunburst Arc. Vamos colocá-la a cerca de 11 bilhões de anos-luz de distância da Terra. Agora vamos adicionar brilho... Tamanho... Ah, você acidentalmente pressionou o botão de copiar. Ah não! Existem agora 12 cópias dela!

Bem, esse cenário na verdade não parece tão impossível se você olhar para as imagens recentes do Telescópio Hubble. Existem 4 arcos incomuns aqui. Números 1, 2, 3 e 4. E há pontos brilhantes em cada um deles. Cada ponto é uma cópia exata da galáxia Sunburst Arc. Então temos duas possibilidades: ou alguém criou 12 galáxias perfeitamente idênticas, ou isso é apenas uma ilusão de ótica. Os cientistas estão aderindo à segunda opção.

Para os iniciantes, vamos olhar para a luz de uma lanterna à noite. Tá vendo aquele círculo ao redor da luz? Isso se chama halo e aparece quando há muitos cristais de gelo ou gotículas de água no ar. Esses cristais refratam a luz da lâmpada, assim como uma lente. E nós, como observadores, vemos um círculo brilhante de luz. Aquele ali do halo e a foto do Sunburst Arc parecem um pouco semelhantes, não é?

Bem, eles realmente são. Mas o que no frio e escuro do espaço pode atuar como uma lente e distorcer a luz? Sabemos que um objeto suficientemente pesado é capaz de distorcer o espaço e o tempo. Vamos pegar uma rede gigante e dizer que é uma folha de espaço-tempo. Agora colocamos algo pesado, pesando tanto quanto o nosso Sol. Está vendo como a rede cedeu? E agora há um funil profundo aqui. Qualquer objeto próximo a ele sempre cairá ali. É assim que nosso sistema solar funciona. Pequenos objetos como planetas e asteroides circulam ao redor do funil com o Sol.

Agora coloque algo supermassivo no centro da rede. Um buraco negro. Ele cede tanto a rede que nem conseguimos ver o fundo do funil. Nenhum objeto, nem mesmo a própria luz, consegue escapar dessa armadilha gravitacional.

E se olharmos para os buracos negros conhecidos, podemos ver isso em ação. Eles sugam a luz como se fosse espaguete, deixando resquícios dela no horizonte de eventos, mas que logo desaparecerão também.

Assim, o buraco negro desvia a luz, mas não a deixa chegar até a Terra por causa do peso. Mas se você colocar algo mais leve na rede do espaço-tempo, ele mal conseguirá deformá-la. Precisamos de alguma coisa intermediária. Que deformará a luz, mas não a absorverá. Um aglomerado de galáxias.

Vamos rastrear o processo desde o início. Então aqui está a galáxia Sunburst Arc. Ela está liberando fótons de luz. Esses feixes estão indo em em direção à Terra a velocidades incríveis. A essa velocidade, você poderia viajar 150 milhões de km de sua casa até o Sol em apenas 8 minutos.

Esses feixes encontram um aglomerado de galáxias a cerca de 4,6 bilhões de anos-luz da Terra. Esse aglomerado funciona como uma lente. Só que usa gravidade em vez de vidro curvo. Os raios se dividem e circundam o aglomerado de galáxias de diferentes direções e continuam seu movimento em direção à Terra. Como resultado, para os observadores eles parecem arcos de luz, cada um com uma leve cópia da galáxia.

Mas qual dessas 12 cópias é a galáxia real? Bem, nenhuma. Mas, ao mesmo tempo, todas as cópias são uma galáxia real. É assim que as ilusões de ótica funcionam.

E aqui está a Ferradura Cósmica. Este arco azul brilhante é um sistema de duas galáxias na constelação de Leão. A mesma coisa está acontecendo aqui. A luz dessas duas passa por uma lente de outra galáxia, cerca de 100 vezes mais pesada que a nossa Via Láctea.

Portanto, a lente gravitacional não é apenas bonita, mas também incrivelmente útil para nossos cientistas. Há muitos objetos fracos e sem brilho no espaço distante. E não conseguimos vê-los a grandes distâncias. Mas as lentes gravitacionais ajudam sua luz a chegar ao observador. E então podemos começar a estudar esses objetos cósmicos distantes.

Por exemplo, o Sunburst Arc é uma galáxia extremamente antiga de uma época em que todo o espaço era escuro e não tinha estrelas, na era da reionização, que ocorreu cerca de 550 a 800 milhões de anos após o Big Bang. Foi quando as primeiras estrelas começaram a aparecer. Sua luz ajudou a “energizar” o universo e, depois de alguns bilhões de anos assumiu, a forma que vemos agora.

Então, estudando galáxias como a Sunburst Arc, podemos entender como nosso universo nasceu e se formou.

E esses círculos de arcos são apenas um tipo de lente. O outro é a cruz de Einstein. Vamos olhar para a constelação de Pégaso. Cerca de 8 bilhões de anos-luz nessa direção fica um quasar brilhante.

Este é o núcleo ativo de uma galáxia, com um buraco negro supermassivo no seu centro. Ele absorve a poeira estelar e a matéria ao seu redor e fica maior e mais brilhante. Um quasar emite 100 vezes mais energia do que todas as estrelas da nossa galáxia juntas. Ele é também o objeto mais brilhante de todo o universo. Seu brilho é estimado em +12,6 unidades. Ao mesmo tempo, a estrela mais brilhante observada tem menos 1,46.

E podemos observar como a luz brilhante do quasar se curva e forma a cruz de Einstein. Um feixe de luz voa para uma galáxia a 400 milhões de anos-luz da Terra e começa a se deformar. Nós, como observadores, vemos o resultado: 4 pontos brilhantes e a própria lente da galáxia no centro.

Talvez no futuro esse quasar se torne uma grande galáxia e possamos observar o processo de seu nascimento através dessa lente.

E conhecemos cerca de 100 dessas lentes no espaço. São galáxias diferentes, longe o suficiente da Terra, mas pesadas para dobrar a luz. Dado que existem cerca de 2 trilhões de galáxias no nosso universo, apenas 100 lentes parecem pouco. Tudo porque a galáxia ou aglomerado de estrelas que refrata a luz deve ser fraca. Se elas forem brilhantes, veremos apenas a própria luz delas.

E até a nossa Via Láctea pode ser usada como lente. Se houver alguma vida inteligente no espaço que estiver explorando o universo assim como nós, essa civilização poderia apontar seus telescópios para nossa galáxia e ver a luz curva dos mundos distantes atrás de nós.

Curiosamente, mesmo um objeto pequeno como o Sol também pode desviar a luz de outras estrelas. Mas ele a dobra em um ângulo muito pequeno, então você mal consegue ver a diferença.

E às vezes é possível ver a mesma cópia da galáxia Sunburst Arc aqui na Terra, sem a necessidade de um telescópio. Você pode ver três sóis no horizonte em um clima congelante. São os mesmos cristais de gelo que criam a auréola em torno de uma lâmpada de rua. Eles refratam a luz do Sol para que o halo circular tenha dois pontos brilhantes de cada lado do Sol verdadeiro. Esses pontos são tão brilhantes e grandes que podem ser confundidos com uma estrela real.

Um efeito semelhante ocorre com o luar. A lua reflete os raios do Sol para a Terra. Mas os cristais nas nuvens refratam a luz para que você veja dois pontos azuis ao lado da própria Lua.

Porém, quando se trata de lentes gravitacionais no espaço, elas dobram não apenas a luz, mas também o fluxo do tempo. As regras são simples — quanto maior e mais pesado o objeto, mais lento o tempo flui perto dele.

Então, se você encontrar um buraco negro supermassivo e puder chegar ao seu coração, o tempo praticamente pode parar sob o seu ponto de vista. Um minuto perto de um buraco negro pode ser igual a semanas ou até meses na Terra.

Mas a Terra também é bastante pesada e, da mesma forma, diminui o fluxo do tempo. Você pode voar para longe dela o suficiente para se livrar da influência gravitacional dela. E agora se move no tempo um pouco mais rápido do que todos os outros na Terra.

E há uma pessoa na Terra que realmente fez essa jornada. É um astronauta que esteve na Estação Espacial Internacional por 803 dias, 9 horas e 39 minutos. E até 41 horas no espaço sideral! Agora ele está se movendo no tempo à frente de todos os habitantes da Terra em 0,02 segundo.

Vamos voltar à nossa rede de espaço-tempo. E colocar a Terra aqui. Ela entortou a rede um pouco. Mas o suficiente para fazer com que o fluxo do tempo no centro do funil seja diferente daquele a alguns centímetros de distância. Foi assim que esse astronauta conseguiu viajar no tempo.