Teoria do estado estacionário: história, explicação, presente - Ciência - 2023

Contente

o teoria do estado estacionário É um modelo cosmológico em que o universo sempre tem a mesma aparência, independentemente de onde ou quando for observado. Isso significa que mesmo nos lugares mais remotos do universo existem planetas, estrelas, galáxias e nebulosas feitas com os mesmos elementos que conhecemos e na mesma proporção, embora seja fato que o universo está se expandindo.

Por causa disso, estima-se que a densidade do universo diminua apenas na massa de um próton por quilômetro cúbico por ano. Para compensar isso, a teoria do estado estacionário postula a existência de uma produção contínua de matéria.

Afirma também que o universo sempre existiu e continuará existindo para sempre, embora como dito antes, não negue sua expansão, nem a consequente separação das galáxias, fatos plenamente confirmados pela ciência.

História

A teoria do estado estacionário foi proposta em 1946 pelo astrônomo Fred Hoyle, o matemático e cosmólogo Hermann Bondi e o astrofísico Thomas Gold, com base em uma ideia inspirada no filme de terrorCalada da noitea partir de 1945.

Anteriormente, Albert Einstein formulou um princípio cosmológico no qual afirma que o universo deve ser "invariante sob as traduções do espaço-tempo e as rotações". Em outras palavras: deve ser homogêneo e carecer de qualquer direção preferencial.

Em 1948, Bondi e Gold adicionaram este princípio como parte de sua teoria do estado estacionário do universo, afirmando que a densidade do universo permanece uniforme, apesar de sua expansão contínua e eterna.

Explicação

O modelo estacionário garante que o universo continuará a se expandir para sempre, porque sempre haverá fontes de matéria e energia que o mantêm como o conhecemos hoje.

Dessa forma, novos átomos de hidrogênio são continuamente criados para formar nebulosas que acabarão por dar origem a novas estrelas e galáxias. Tudo na mesma velocidade com que as galáxias antigas se afastam até se tornarem inobserváveis e as novas galáxias sendo completamente indistinguíveis das antigas.

Como você sabe que o universo está se expandindo? Examinando a luz das estrelas, que são compostas principalmente de hidrogênio, que emite linhas características de emissão eletromagnética que são como uma impressão digital. Este padrão é chamado espectro e isso é observado na figura a seguir:

As galáxias são formadas por estrelas cujos espectros são iguais aos emitidos pelos átomos em nossos laboratórios, exceto por uma pequena diferença: são deslocadas para comprimentos de onda mais elevados, ou seja, para o vermelho devido ao efeito Doppler, que é um sinal inequívoco de um distância.

A maioria das galáxias tem esse desvio para o vermelho em seus espectros. Apenas alguns no próximo "grupo local de galáxias" mostram uma mudança para o azul.

Uma delas é a galáxia de Andrômeda, que está se aproximando e com a qual possivelmente, dentro de muitos eras, a Via Láctea, nossa própria galáxia, se fundirá.

As galáxias em retrocesso e a lei de Hubble

Uma linha característica do espectro do hidrogênio é a de 656 nanômetros (nm). À luz de uma galáxia, essa mesma linha mudou para 660 nm. Portanto, ele tem um desvio para o vermelho de 660 - 656 nm = 4 nm.

Por outro lado, o quociente entre o deslocamento do comprimento de onda e o comprimento de onda em repouso é igual ao quociente entre a velocidade da galáxia v e a velocidade da luz (c = 300.000 km / s):

Δλ / λo = v / c

Com estes dados:

4/656 = v / c = 0,006

v = 0,006c

Ou seja, esta galáxia está se afastando a 0,006 vezes a velocidade da luz: cerca de 1800 km / s. A lei de Hubble afirma que a distância de uma galáxia d é proporcional à velocidade v com o qual ele se afasta:

d ∝ v

A constante de proporcionalidade é o inverso da constante de Hubble, denotada comoHo, cujo valor é:

Ho = 73,5 km / s / Mega Pársec.

Isso significa que a galáxia do exemplo está a uma distância de:

d = (1 / Ho) v =1800 / 73,5 Mega Pársec = 24,5 Mega Pársec = 80 milhões de anos-luz.

Presente

Até agora, o modelo cosmológico mais amplamente aceito continua sendo a teoria do Big Bang. No entanto, alguns autores continuam a formular teorias fora dela e apoiam a teoria do estado estacionário.

Pesquisadores a favor da teoria do estado estacionário

O astrofísico indiano Jayant Narlikar, que trabalhou em colaboração com um dos criadores da teoria do estado estacionário, fez publicações relativamente recentes em apoio ao modelo do estado estacionário.

Exemplos destes: "Criação da matéria e redshift anômalo" e "Teorias de absorção de radiação em universos em expansão", ambos publicados em 2002. Esses trabalhos buscam explicações alternativas para o Big Bang para explicar a expansão do universo e da fundo de microondas.

O astrofísico e inventor sueco Johan Masreliez é outro dos defensores contemporâneos da teoria do estado estacionário, ao propor a expansão cósmica em escala, uma teoria alternativa não convencional ao Big Bang.

A Academia Russa de Ciências, em reconhecimento ao seu trabalho, publicou uma monografia de suas contribuições para a astrofísica em 2015.

Radiação cósmica de fundo

Em 1965, dois engenheiros da Bell Telephone Laboratories: A. Penzias e R. Wilson, descobriram a radiação de fundo que não podiam remover de suas antenas de microondas direcionais.

O mais curioso é que não conseguiram identificar a origem deles. A radiação permaneceu a mesma em qualquer direção em que a antena foi direcionada. A partir do espectro de radiação, os engenheiros determinaram que sua temperatura era de 3,5 K.

Perto deles e com base no modelo do Big Bang, outro grupo de cientistas, desta vez astrofísicos, previu radiação cósmica na mesma temperatura: 3,5 K.

Ambas as equipes chegaram à mesma conclusão de forma completamente diferente e independente, sem conhecer o trabalho da outra. Coincidentemente, os dois trabalhos foram publicados na mesma data e no mesmo periódico.

A existência desta radiação, chamada radiação cósmica de fundo, é o argumento mais forte contra a teoria estacionária, porque não há como explicá-la a menos que sejam os resquícios da radiação do Big Bang.

No entanto, os proponentes foram rápidos em propor a existência de fontes de radiação espalhadas por todo o universo, que espalharam sua radiação com poeira cósmica, embora não haja evidências até agora de que essas fontes realmente existam.

Argumentos a favor

Na época em que foi proposta e com as observações disponíveis, a teoria do estado estacionário era uma das mais aceitas por físicos e cosmologistas. Naquela época - meados do século 20 - não havia diferença entre o universo mais próximo e o distante.

As primeiras estimativas baseadas na teoria do Big Bang datavam o universo em cerca de 2 bilhões de anos, mas naquela época sabia-se que o sistema solar já tinha 5 bilhões de anos e a Via Láctea entre 10 e 12 bilhões de anos. anos.

Esse erro de cálculo tornou-se um ponto a favor da teoria do estado estacionário, pois evidentemente o universo não poderia ter começado depois da Via Láctea ou do Sistema Solar.

Os cálculos atuais baseados no Big Bang estimam a idade do universo em 13,7 bilhões de anos e até o momento nenhum objeto foi encontrado no universo antes desta idade.

Contra-argumentos

Entre 1950 e 1960, fontes brilhantes de radiofrequências foram descobertas: quasares e galáxias de rádio. Esses objetos cósmicos só foram encontrados a distâncias muito grandes, ou seja, em um passado distante.

Sob as premissas do modelo de estado estacionário, essas fontes intensas de radiofrequências deveriam ser distribuídas mais ou menos uniformemente por todo o universo presente e passado, embora as evidências mostrem o contrário.

Por outro lado, o modelo do Big Bang é mais concreto com esta observação, uma vez que quasares e radiogaláxias poderiam ter se formado em estágios mais densos e quentes do universo, tornando-se posteriormente galáxias.

Vistas do universo

Panorama distante

A fotografia na Figura 1 é a imagem de campo profundo extremo capturada pelo Telescópio Espacial Hubble entre 2003 e 2004.

Corresponde a uma pequena fração inferior a 0,1º do céu do sul na constelação Fornax, longe do brilho da Via Láctea, em uma área onde telescópios normais não pegam nada.

Na fotografia você pode ver galáxias espirais semelhantes às nossas e às de nossos vizinhos próximos. A fotografia também mostra galáxias vermelhas difusas, onde a formação de estrelas cessou, bem como pontos que são galáxias ainda mais distantes no espaço e no tempo.

O universo está estimado em 13,7 bilhões de anos, e a fotografia de campo profundo mostra galáxias a 13,2 bilhões de anos-luz de distância. Antes do Hubble, as galáxias mais distantes observadas estavam a 7 bilhões de anos-luz de distância, e a imagem era semelhante à mostrada na fotografia de campo profundo.

A imagem do espaço profundo não mostra apenas o universo distante, mas também o universo passado, porque os fótons que foram usados para construir a imagem têm 13,2 bilhões de anos. É, portanto, a imagem de uma parte do universo primitivo.

Panorama próximo e intermediário

O grupo local de galáxias contém a Via Láctea e a vizinha Andrômeda, a galáxia Triângulo e cerca de trinta outras, a menos de 5,2 milhões de anos-luz de distância.

Isso significa uma distância e um tempo 2.500 vezes menos do que galáxias de campo profundo. No entanto, a aparência do universo e a forma de suas galáxias parecem semelhantes ao universo distante e mais antigo.

A Figura 2 é uma amostra da faixa intermediária do universo explorado. É sobre o grupo de galáxias Hickson-44 60 milhões de anos-luz de distância, na constelação de Leo.

Como se pode ver, a aparência do universo a distâncias e tempos intermediários é semelhante à do universo profundo 220 vezes mais distante e do grupo local, cinco vezes mais perto.

Isso nos leva a pensar que a teoria do estado estacionário do universo tem pelo menos um fundamento observacional, uma vez que o panorama do universo em diferentes escalas de espaço-tempo é muito semelhante.

No futuro, é possível que uma nova teoria cosmológica seja criada com os aspectos mais precisos tanto da teoria do estado estacionário quanto da teoria do Big Bang.

Referências

Bang - Crunch - Bang. Recuperado de: FQXi.org
Enciclopédia Britannica Online. Teoria do estado estacionário. Recuperado de: Britannica.com
Neofronters. Modelo de estado estacionário. Recuperado de: neofronteras.com
Wikipedia. Teoria do estado estacionário. Recuperado de: wikipedia.com
Wikipedia. Princípio cosmológico. Recuperado de: wikipedia.com