26.1: A descoberta das galáxias

objetivos de aprendizagem

Ao final desta seção, você poderá:

• Descreva as descobertas que confirmaram a existência de galáxias que estão muito além da Via Láctea
• Explique por que as galáxias costumavam ser chamadas de nebulosas e por que não as incluímos mais nessa categoria.

Crescendo em uma época em que o Telescópio Espacial Hubble orbita acima de nossas cabeças e telescópios gigantes estão surgindo no topo das grandes montanhas do mundo, você pode se surpreender ao saber que não tínhamos certeza da existência de outras galáxias por muito tempo. A própria ideia de que existem outras galáxias costumava ser controversa. Mesmo na década de 1920, muitos astrônomos pensaram que a Via Láctea englobava tudo o que existe no universo. A evidência encontrada em 1924 que significava que nossa galáxia não está sozinha foi uma das grandes descobertas científicas do século XX.

Não era que os cientistas não estivessem fazendo perguntas. Eles questionaram a composição e a estrutura do universo já no século XVIII. No entanto, com os telescópios disponíveis nos séculos anteriores, as galáxias pareciam pequenas manchas difusas de luz que eram difíceis de distinguir dos aglomerados estelares e das nuvens de gás e poeira que fazem parte da nossa própria galáxia. Todos os objetos que não eram pontos de luz nítidos receberam o mesmo nome, nebulosas, a palavra latina para “nuvens”. Como suas formas precisas eram muitas vezes difíceis de entender e nenhuma técnica ainda havia sido desenvolvida para medir suas distâncias, a natureza das nebulosas foi objeto de muitos debates.

Já no século XVIII, o filósofo Immanuel Kant (1724-1804) sugeriu que algumas das nebulosas poderiam ser sistemas distantes de estrelas (outras Via Láctea), mas as evidências para apoiar essa sugestão estavam além das capacidades dos telescópios da época.

Outras galáxias

No início do século XX, algumas nebulosas haviam sido corretamente identificadas como aglomerados estelares e outras (como a Nebulosa de Orion) como nebulosas gasosas. A maioria das nebulosas, no entanto, parecia fraca e indistinta, mesmo com os melhores telescópios, e suas distâncias permaneciam desconhecidas. (A propósito, para saber mais sobre como essas nebulosas são nomeadas, veja a caixa de recursos sobre Nomeação das Nebulosas na Seção 20.1 do capítulo sobre matéria interestelar.) Se essas nebulosas estivessem próximas, com distâncias comparáveis às de estrelas observáveis, provavelmente eram nuvens de gás ou grupos de estrelas em nossa galáxia. Se, por outro lado, fossem remotos, muito além da borda da galáxia, poderiam ser outros sistemas estelares contendo bilhões de estrelas.

Para determinar o que são as nebulosas, os astrônomos tiveram que encontrar uma maneira de medir as distâncias de pelo menos algumas delas. Quando o telescópio de 2,5 metros (100 polegadas) no Monte Wilson, no sul da Califórnia, entrou em operação, os astrônomos finalmente tiveram o grande telescópio necessário para resolver a controvérsia.

Trabalhando com o telescópio de 2,5 metros, Edwin Hubble conseguiu resolver estrelas individuais em várias das nebulosas mais brilhantes em forma de espiral, incluindo a M31, a grande espiral de Andrômeda (Figura\(\PageIndex{1}\)). Entre essas estrelas, ele descobriu algumas estrelas variáveis fracas que, quando analisou suas curvas de luz, se revelaram cefeidas. Aqui estavam indicadores confiáveis que o Hubble poderia usar para medir as distâncias até as nebulosas usando a técnica pioneira de Henrietta Leavitt (veja o capítulo sobre Distâncias Celestiais). Depois de um trabalho meticuloso, ele estimou que a galáxia de Andrômeda estava a cerca de 900.000 anos-luz de distância de nós. A essa enorme distância, tinha que ser uma galáxia separada de estrelas localizada bem fora dos limites da Via Láctea. Hoje, sabemos que a galáxia de Andrômeda está, na verdade, um pouco mais de duas vezes mais distante que a primeira estimativa do Hubble, mas sua conclusão sobre sua verdadeira natureza permanece inalterada.

Figura\(\PageIndex{1}\) Andromeda Galaxy. Também conhecida por seu número de catálogo M31, a galáxia de Andrômeda é uma grande galáxia espiral muito semelhante em aparência e um pouco maior que a nossa própria galáxia. A uma distância de cerca de 2,5 milhões de anos-luz, Andrômeda é a galáxia espiral mais próxima da nossa no espaço. Aqui, ele é visto com duas de suas galáxias satélites, M32 (em cima) e M110 (em baixo).

Ninguém na história da humanidade jamais havia medido uma distância tão grande. Quando o artigo do Hubble sobre as distâncias até as nebulosas foi lido antes de uma reunião da Sociedade Astronômica Americana no primeiro dia de 1925, a sala inteira explodiu em uma ovação de pé. Uma nova era havia começado no estudo do universo, e um novo campo científico — a astronomia extragalática — acabara de nascer.

Edwin Hubble: Expandindo o universo

Filho de um agente de seguros do Missouri, Edwin Hubble (Figura\(\PageIndex{2}\)) concluiu o ensino médio aos 16 anos. Ele se destacou em esportes, ganhando cartas em atletismo e basquete na Universidade de Chicago, onde estudou ciências e idiomas. No entanto, tanto o pai quanto o avô queriam que ele estudasse direito e ele cedeu à pressão da família. Ele recebeu uma prestigiosa bolsa de estudos Rhodes na Universidade de Oxford, na Inglaterra, onde estudou direito com apenas um entusiasmo mediano. Voltando aos Estados Unidos, ele passou um ano ensinando física e espanhol no ensino médio, além de treinar basquete, enquanto tentava determinar o rumo de sua vida.

Figura\(\PageIndex{2}\) Edwin Hubble (1889—1953). Edwin Hubble estabeleceu algumas das ideias mais importantes no estudo das galáxias.

A atração da astronomia acabou se mostrando forte demais para resistir, e então o Hubble voltou para a Universidade de Chicago para fazer pós-graduação. Quando ele estava prestes a terminar sua graduação e aceitar uma oferta para trabalhar no telescópio de 2,5 metros que seria concluído em breve, os Estados Unidos entraram na Primeira Guerra Mundial e Hubble se alistou como oficial. Embora a guerra tenha terminado quando ele chegou à Europa, ele recebeu mais treinamento de oficiais no exterior e desfrutou de um breve período de estudos astronômicos adicionais em Cambridge antes de ser mandado para casa.

Em 1919, aos 30 anos, ele se juntou à equipe do Monte Wilson e começou a trabalhar com o maior telescópio do mundo. Amadurecido pela experiência, enérgico, disciplinado e um observador habilidoso, o Hubble logo estabeleceu algumas das ideias mais importantes da astronomia moderna. Ele mostrou que existiam outras galáxias, classificou-as com base em suas formas, encontrou um padrão em seu movimento (e, assim, colocou a noção de um universo em expansão em uma base observacional firme) e iniciou um programa vitalício para estudar a distribuição de galáxias no universo. Embora alguns outros tenham visto peças do quebra-cabeça, foi o Hubble quem juntou tudo e mostrou que uma compreensão da estrutura em grande escala do universo era viável.

Seu trabalho trouxe ao Hubble muito renome e muitas medalhas, prêmios e títulos honorários. À medida que ficou mais conhecido (foi o primeiro astrônomo a aparecer na capa da revista Time), ele e sua esposa desfrutaram e cultivaram amizades com estrelas de cinema e escritores no sul da Califórnia. O Hubble foi fundamental (perdoe o trocadilho) no planejamento e construção do telescópio de 2,5 metros na Montanha Palomar, e ele começou a usá-lo para estudar galáxias quando faleceu de um derrame em 1953.

Quando os astrônomos construíram um telescópio espacial que lhes permitiria estender o trabalho do Hubble a distâncias com as quais ele só podia sonhar, parecia natural nomeá-lo em sua homenagem. Era apropriado que observações com o Telescópio Espacial Hubble (e seu trabalho fundamental sobre a expansão do universo) contribuíssem para o Prêmio Nobel de Física de 2011, dado pela descoberta de que a expansão do universo está se acelerando (um tópico que abordaremos no capítulo sobre O Big Bang).

Resumo

Enxames estelares fracos, nuvens de gás brilhante e galáxias apareceram como manchas fracas de luz (ou nebulosas) nos telescópios disponíveis no início do século XX. Foi somente quando o Hubble mediu a distância até a galáxia de Andrômeda usando variáveis cefeidas com o refletor gigante de 2,5 metros no Monte Wilson em 1924 que a existência de outras galáxias semelhantes à Via Láctea em tamanho e conteúdo foi estabelecida.