Do átomo ao buraco negro: Para descomplicar a astronomia

Copyright © Schwarza, 2018

Copyright © Editora Planeta do Brasil, 2018

Todos os direitos reservados.

Preparação: Elisa Martins

Revisão: Maria Alice Nishijima e Olívia Tavares

Projeto gráfico e diagramação: Tereza Bettinardi

Capa: Tereza Bettinardi

Imagens de capa e miolo: Shutterstock

Adaptação para eBook: Hondana

Dados Internacioais de Catalogação na Publicação (CIP)

Angélica Ilacqua CRB-8/7057

Schwarza

Do átomo ao buraco negro: o universo em escala / Schwarza. — São Paulo: Outro Planeta, 2018.

ISBN: 978-85-422-1380-5

1. Astronomia – Obras populares I. Título

Índice para catálogo sistemático:

1. Astronomia: Obras populares

2018

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INTRODUÇÃO

1. O ÁTOMO

2. ESTRELAS

3. SUPERNOVAS

4. NEBULOSAS

5. NEBULOSAS DE EMISSÃO

6. NEBULOSAS DE REFLEXÃO

7. NEBULOSAS ESCURAS

8. NEBULOSAS PLANETÁRIAS

9. ESTRELAS DE NÊUTRONS

10. PULSARES

11. MAGNETAR

12. BURACO NEGRO

13. JÚPITER

14. SISTEMA SOLAR

15. PLANETAS

16. MERCÚRIO

17. VÊNUS

18. TERRA

19. MARTE

20. SATURNO

21. URANO

22. NETUNO

23. PLUTÃO

24. PLANETA 9

25. COMETAS

26. ASTEROIDES

27. METEOROS

28. OUMUAMUA

29. EXOPLANETAS

30. PROXIMA B

31. TRAPPIST-1

32. JÚPITERES QUENTES

33. COROT-7B

34. TRES-2B

35. HAT-P-1B

36. PSR J1719-1438 B

37. TRES-4

38. ANÃS VERMELHAS

39. ANÃS MARRONS

40. SUPERGIGANTE AZUL

41. SUPERGIGANTE VERMELHA

42. UY SCUTI

43. A ESTRELA COM NUVENS DE METAL

44. ESTRELA VEGA: A ESTRELA OVAL

45. HV 2112: A ESTRELA KINDER OVO

46. ESTRELA DE TABBY: A ESTRELA DA MEGAESTRUTURA ALIENÍGENA

47. AGLOMERADOS ESTELARES

48. GALÁXIAS

49. O OBJETO DE HOAG

50. GALÁXIA DO SOMBREIRO

51. GALÁXIA DE ANDRÔMEDA

52. A1689-ZD1

53. GALÁXIA BX442

54. GALÁXIA GN-Z11

55. GALÁXIA NGC 262

56. GALÁXIA IC 1101: A MAIOR GALÁXIA JÁ DETECTADA

57. QUASARES

58. BLAZARES

59. BURACOS BRANCOS

60. MATÉRIA ESCURA

61. ENERGIA ESCURA

62. BURACOS DE MINHOCA

63. BURACOS NEGROS SUPERMASSIVOS

64. O BIG BANG

65. O BOSS GREAT WALL: A MAIOR ESTRUTURA JÁ DETECTADA NO UNIVERSO

AGRADECIMENTOS

INTRODUÇÃO

Depois de inventar a roda, aprender a manipular o fogo, desbravar os 7 mares e dominar e espalhar nossa presença em torno de todo o globo terrestre, passamos a mirar o céu – ele era o novo oceano a ser explorado.

O espaço já nos fascinava em uma época em que não fazíamos ideia do que ele era e como funcionava; as luzes no céu inspiravam histórias que tentavam explicar sua beleza e seus mistérios.

Os gregos contavam a história de Héracles, filho de Zeus, pai de todos os deuses. Héracles seria conduzido para se alimentar no seio da esposa de Zeus, Hera, para assim conquistar a imortalidade; porém, quando Hera descobriu que Héracles era, na verdade, filho de Zeus com uma mortal, rapidamente afastou a criança de seu corpo e o leite proveniente de seu seio se espalhou pelo céu, criando uma faixa esbranquiçada. Estava batizada a Via Láctea.

É um consenso entre o meio científico que a próxima fronteira a ser superada pela raça humana é o espaço. Já conquistamos a Lua, mas a nossa curiosidade nos levará além, pois é de nossa natureza tentar compreender a realidade que nos cerca. E é essa natureza questionadora que possibilitou a criação de instrumentos que ampliaram nossos sentidos para entender o que o Universo tem a nos dizer. Objetos que antes existiam apenas nas equações da relatividade geral, hoje são confirmados, como buracos negros e ondas gravitacionais. Telescópios como o Hubble pintam em nossas retinas as cores vibrantes que compõem nebulosas e galáxias – instrumentos que nos levam a uma verdadeira viagem pelo tempo, rumo à origem de tudo, há 13,8 bilhões de anos.

©ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt

Quando me arrisquei a falar de astronomia no YouTube eu o fiz por 2 motivos: o primeiro era que eu havia acabado de bater 100 mil inscritos. Isso fez brotar em mim um senso de responsabilidade sobre o conteúdo que eu estava compartilhando com as pessoas, queria trazer algo que fosse relevante de alguma maneira. E o outro motivo foi o amor que tenho pela astronomia, amor esse que nasceu em 1986 (sim, sou meio velho) – ano bem agitado para a astronomia, pois tivemos a visita do cometa Halley, que eu só verei novamente em 2061, quando estiver no auge dos meus 82 anos. E outro fato marcante nesse ano foi a explosão do ônibus espacial Challenger, que resultou na morte de todos os seus 7 tripulantes.

Esses 2 eventos mexeram com a minha cabeça na época. O que era aquele cometa, aquele visitante iluminado oriundo de tão longe? E por que aquelas pessoas arriscaram sua vida? Qual o propósito? De lá para cá, minha curiosidade pelo tema cresceu, e no início de minha vida adulta fui apresentado à série Cosmos, de Carl Sagan, talvez o maior divulgador científico da história. Ele usava uma linguagem simples, muitas vezes até poética, para explicar às massas coisas até então debatidas apenas no meio acadêmico, como velocidade da luz, dilatação do tempo e outras dimensões. Quando o vi naquela série desejei ser como ele, um divulgador de ciência, usar a astronomia como analogia à insignificância de nossas preocupações perante a grandeza de todo o Universo.

Mas a minha trajetória profissional acabou me levando a outros caminhos. Por muito tempo trabalhei com arte, fiz colorização digital para histórias em quadrinhos, mas sempre que podia eu lia a respeito das descobertas que andavam sendo feitas na área da astrofísica. Acompanhei lançamentos de ônibus espaciais (e revivi o trauma de ver uma explosão desse tipo de nave, desta vez o Columbia, em 2003); em 2006, torci pelo nosso astronauta Marcos Pontes (que tive o prazer de conhecer em 2017), o primeiro brasileiro a ir ao espaço; nunca me distanciei da astronomia completamente, apesar de não tê-la abraçado profissionalmente, deixando-a como um hobby.

Mas foi quando me vi falando para milhares de pessoas na internet que o desejo de abordar a astronomia voltou com tudo. Com a necessidade de realizar algum trabalho que fizesse sentido para mim, passei a me especializar no assunto com todo o tempo livre que tinha. Fiz cursos de astronomia geral, dinâmica e evolução estelar, reconhecimento do céu na Escola Municipal de Astrofísica (EMA), também fiz um curso para professores no Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG/USP) – não sou professor, mas consegui uma vaga por ser divulgador científico – e me aproximei de pessoas que me ajudaram muito nessa complicada tarefa que é entender o que se passa acima de nossa cabeça.

ENXERGANDO NOSSO LUGAR NA ESCALA DO UNIVERSO, TEMOS A PERCEPÇÃO DO QUANTO É EFÊMERA E GRANDIOSA A NOSSA EXISTÊNCIA.

Neste livro, quero levar você por um passeio pelo cosmos usando 65 objetos celestes. A ideia é ter como ponto de partida os objetos microscópicos do universo quântico, ir para planetas, luas, sistemas estelares e galáxias. Uma viagem em escala que parte de objetos pequenos demais para serem visualizados a olho nu a buracos negros monstruosos que chegam a ter 40 bilhões de vezes a massa do Sol. Espero que esta obra faça por você o mesmo que a astronomia fez por mim: ela redefiniu a minha concepção de tempo, existência e humildade. Será um passeio pelas estruturas que possibilitam que eu, você e todos os seus amigos e parentes possam contemplar a existência neste momento no espaço-tempo.

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O ÁTOMO

PARA COMEÇAR NOSSA VIAGEM pelo cosmos, podemos falar da menor parte dele. O átomo é o formador da matéria, que é tudo aquilo que ocupa espaço e possui massa. Você e eu somos feitos de átomos. Bom, na verdade, os átomos não são a menor parte da matéria, como já se acreditou um dia; eles são constituídos por partículas de pró-tons, nêutrons e elétrons. Os átomos foram descobertos por John Dalton. Inicialmente acreditava-se que eles eram partículas sólidas e indivisíveis, mas com a descoberta da radioatividade, que é o processo pelo qual os átomos perdem partículas em forma de radiação, o modelo de Dalton foi colocado em dúvida. Um cara chamado Ernest Rutherford trouxe uma revolução para a teoria. O neozelandês propôs um modelo de átomo em que as partículas negativas (elétrons) giram em torno do núcleo, onde estão partículas positivas (prótons) e neutras (nêutrons). Para Rutherford, os elétrons permaneciam gravitando em torno do núcleo, de maneira semelhante à que os planetas orbitam ao redor do Sol. A questão da estabilidade dos átomos foi resolvida pelo dinamarquês Niels Bohr, que aperfeiçoou a tese de Rutherford. Em seu modelo, os elétrons encontram-se girando em alta velocidade ao redor do núcleo.

Mas você deve ter ficado com uma dúvida agora, pois, se o átomo não é a menor parte da matéria, então qual é?

Existem os fótons e os glúons, que são os menores componentes do átomo, formados por energia pura. Os fótons são as partículas de luz, nomeadas por Einstein. Já os glúons são chamados de partículas mensageiras, pois ligam os quarks (outro tipo de partícula subatômica) ao interior dos prótons e nêutrons.

Já entre as partículas que têm alguma massa, a menor é o neutrino, que pode ter 4 × 10-33 grama, o equivalente a 1 bilionésimo de trilionésimo de grama, uma massa 100 milhões de vezes menor do que a do próton, que tem 1,67 × 10-24 grama. Ao contrário dos prótons, os neutrinos não são como bloquinhos de LEGO que compõem a matéria, mas sim partículas ejetadas por átomos a partir do interior de estrelas como o Sol. Neste exato momento, bilhões e bilhões delas estão atravessando o seu corpo enquanto você lê este texto.

Um fato curioso é que o núcleo de um átomo é muito pequeno. Vamos imaginar que temos um átomo do tamanho do estádio do Maracanã; o seu núcleo seria uma formiga no centro do campo. Seria necessário enfileirar 50 milhões desses Maracanãs microscópicos para poder formar uma linha de apenas 1 centímetro.

Acho que todos nós, cedo ou tarde, passamos por um momento na vida em que temos a impressão de não fazer parte de lugar nenhum, de não nos encaixar em nenhum grupo e acabamos nos sentindo estranhos mesmo em família. Nós nos preocupamos em nos atualizar sobre modismos, aplicativos e opiniões para não transparecer nossa implicância (às vezes inconsciente) em nos sentirmos deslocados. Mas pode ser que boa parte de você realmente não faça parte da sua cidade nem de lugar nenhum aqui da Terra. Pesquisas recentes feitas na Universidade Northwestern apontam que mais de 50% dos átomos da nossa galáxia se originaram de fora dela, uma porcentagem muito maior do que se acreditava.

O estudo foi baseado em simulações feitas por supercomputadores que medem transferências intergalácticas usadas para ajudar a entender melhor a evolução das galáxias. Os astrofísicos estabeleceram alguns modelos, em que as explosões de supernovas com liberação excessiva de gás podem ter varrido material de uma galáxia para outra. Então não é errado pensar que parte da matéria da Via Láctea estivesse em outras galáxias e chegou até aqui devido aos fortes ventos oriundos de uma explosão estelar e que viajou pelo espaço intergaláctico por bilhões de anos até finalmente encontrar seu novo lar aqui na