Por que o céu noturno é tão escuro se o Universo está cheio de estrelas?

Brian Jackson - 31/10/2023

Galáxias tal como surgiram há aproximadamente 13,1 bilhões de anos, fotografadas pelo telescópio espacial James Webb.
[Imagem: NASA/ESA/CSA/STScI/Handout]

Brian Jackson, autor deste artigo, é professor de astronomia na Universidade Estadual de Boise (EUA).

Paradoxo de Olbers

As pessoas têm perguntado há tanto tempo por que o espaço é escuro apesar de estar cheio de estrelas que esta questão tem um nome especial - paradoxo de Olbers.

Os astrônomos estimam que existam cerca de 200 bilhões de trilhões de estrelas no Universo observável. E muitas dessas estrelas são tão ou até mais brilhantes do que o nosso Sol. Então, por que o espaço não está preenchido com uma luz ofuscante?

Eu sou um astrônomo que estuda estrelas e planetas - incluindo aqueles fora do nosso Sistema Solar - e o seu movimento no espaço. O estudo de estrelas e planetas distantes ajuda astrônomos como eu a entender por que o espaço é tão escuro.

Você pode arriscar que é porque muitas estrelas do Universo estão muito longe da Terra. Claro, é verdade que quanto mais longe uma estrela está, menos brilhante ela parece - uma estrela 10 vezes mais distante parece 100 vezes mais fraca. Mas acontece que esta não é a resposta completa.

Ainda há discussões sobre a idade do Universo, que pode ter 26,7 bilhões de anos de idade, e não os 13,7 bilhões mais aceitos hoje - há galáxias tão distantes que não deveriam existir.
[Imagem: Harikane et al. - 10.1093/mnrasl/slac035]

Imagine uma bolha

Finja, por um momento, que o Universo é tão antigo que a luz, mesmo das estrelas mais distantes, teve tempo de chegar à Terra. Nesse cenário imaginário, todas as estrelas do Universo não se movem.

Imagine uma grande bolha com a Terra no centro. Se a bolha tivesse cerca de 10 anos-luz de diâmetro, ela conteria cerca de uma dúzia de estrelas. É claro que, a vários anos-luz de distância, muitas dessas estrelas pareceriam bastante escuras vistas da Terra.

Se continuarmos aumentando a bolha, para 1.000 anos-luz de diâmetro, depois para 1 milhão de anos-luz e depois para 1 bilhão de anos-luz, as estrelas mais distantes da bolha parecerão ainda mais fracas. Mas também haveria mais e mais estrelas dentro da bolha cada vez maior, todas elas contribuindo com luz. Mesmo que as estrelas mais distantes pareçam cada vez mais fracas, haveria muito mais delas, e todo o céu noturno deveria parecer muito brilhante.

Parece que voltei ao ponto de partida, mas na verdade estou um pouco mais perto da resposta.

A idade importa

Na ilustração da bolha imaginária, pedi que você imaginasse que as estrelas não se movem e que o Universo é muito antigo. Mas o Universo tem apenas cerca de 13 bilhões de anos.

Embora seja um tempo incrivelmente longo em termos humanos, ele é curto em termos astronômicos. É curto o suficiente para que a luz de estrelas mais distantes do que cerca de 13 bilhões de anos-luz ainda não tenha chegado à Terra. E assim a bolha real em torno da Terra, que contém todas as estrelas que podemos ver, estende-se apenas até cerca de 13 bilhões de anos-luz da Terra.

Simplesmente não há estrelas suficientes na bolha para preencher todas as linhas de visão. Claro, se você olhar em algumas direções no céu, poderá ver estrelas. Se você olhar para outras partes do céu, não poderá ver nenhuma estrela. E isso acontece porque, nessas manchas escuras, as estrelas que poderiam bloquear a sua linha de visão estão tão distantes que a sua luz ainda não atingiu a Terra. Com o passar do tempo, a luz dessas estrelas cada vez mais distantes terá tempo de chegar até nós.

Você sabia que metade das estrelas pode estar fora das galáxias?
[Imagem: NASA/JPL-Caltech]

O deslocamento Doppler

Você pode perguntar se o céu noturno acabará por se iluminar completamente. Mas isso me traz de volta à outra coisa que lhe disse para imaginar: Que todas as estrelas não estão se movendo. O Universo está realmente em expansão, com as galáxias mais distantes afastando-se da Terra quase à velocidade da luz.

Como as galáxias se afastam tão rapidamente, a luz das suas estrelas é empurrada para cores que o olho humano não consegue ver. Este efeito é chamado de deslocamento Doppler, também conhecido como desvio para o vermelho. Então, mesmo que ela tivesse tempo suficiente para chegar até você, você ainda não conseguiria ver a luz das estrelas mais distantes com os olhos. E o céu noturno não estaria completamente iluminado.

Se você esperar ainda mais, eventualmente todas as estrelas irão se apagar - estrelas como o Sol duram apenas cerca de 10 bilhões de anos. Os astrônomos levantam a hipótese de que, num futuro distante - daqui a mil trilhões de anos - o Universo ficará escuro, habitado apenas por remanescentes estelares como anãs brancas e buracos negros.

Mesmo que o nosso céu noturno não esteja completamente preenchido por estrelas, vivemos em uma época muito especial na vida do Universo, quando temos a sorte de desfrutar de um céu noturno rico e complexo, repleto de luz e escuridão.

Este artigo foi republicado da revista The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.

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