Imagem: O céu em luz visível. As estrelas têm uma idade finita e, portanto, uma vida útil. Sua fonte de luz é muito efêmera para que possam saturar o espaço com seu brilho. Crédito: imagem Stellarium
O paradoxo de Olbers existe?
"A noite é apenas noite para nós. São nossos olhos que estão escuros." Esta citação de René Barjavel (1911-1985) no romance de ficção científica "La Nuit des temps" poderia ser a resposta à pergunta: Por que a noite é negra?
Cada um de nós poderia simplesmente concordar que a causa da noite escura se resume à ausência do Sol acima do horizonte, mas essa não é uma boa resposta.
De fato, a noite é negra e antes do século 20 o universo deveria ser estático, infinito e povoado por estrelas. Por vários séculos essas duas ideias permanecerão paradoxais!
Obviamente, a noite sempre foi escura. Mas se o universo fosse infinito no espaço e no tempo, não importa em que direção olhássemos, nossa linha de visão teria que cruzar até mesmo uma estrela muito distante. O céu deve, portanto, parecer-nos em todos os lugares tão brilhante quanto o Sol. Mas vemos que a noite é essencialmente negra!
Essa afirmação chamada paradoxo de Olbers foi estudada em 1826 por Heinrich Olbers (1758-1840). No entanto, a pergunta havia sido feita desde 1576 por Thomas Digges (1546-1595) em uma publicação onde distribuiu as estrelas aleatoriamente pela esfera celeste. Essa visão do céu o levou a se perguntar "por que essa infinidade de estrelas não tornou o céu noturno brilhante?". Sua resposta foi que a maioria deles estava longe demais para ser vista, mas essa não é uma boa resposta.
Em 1610, em sua carta de apoio a Galileu "Dissertatio cum Nuncio Sidereo" (Conversa com o mensageiro celeste), Johannes Kepler (1571-1630) parece descartar a noção de um Universo infinito.
Embora muitos astrônomos se fizessem essa pergunta, a resolução desse paradoxo permaneceu sem solução nos três séculos seguintes.
Por que uma infinidade de estrelas faria o céu noturno brilhar?
Edmond Halley (1656-1742) e Jean-Philippe Loys de Chéseaux (1718-1751) fornecerão uma resposta matemática a esta questão. De Chéseaux em 1744, inspirado no trabalho de Edmund Halley, imagina o céu como uma série de camadas esféricas concêntricas de espessura constante centradas no observador. Assim, o número de estrelas em cada camada é proporcional à sua superfície, portanto ao quadrado do seu raio. Em outras palavras, na distância 2d há 4 vezes mais estrelas, na distância 4d há 16 vezes mais estrelas e assim por diante.
No entanto, a intensidade luminosa de uma estrela é inversamente proporcional ao quadrado de sua distância. Em outras palavras, se a uma distância d, uma estrela tem uma certa luminosidade, a uma distância 2d, ela é 4 vezes menos luminosa. O fluxo de uma estrela diminui com o inverso do quadrado da distância ƒ(e)=L/4πr2 (L=luminosidade).
Assim, se o universo é infinito temos uma infinidade de camadas que possuem a mesma luminosidade e o observador recebe a mesma quantidade de energia luminosa de cada camada. O brilho total deve ser infinito.
Sabemos hoje que essa afirmação é incorreta porque as estrelas têm uma vida útil finita.
Por que não considerar simplesmente que o ambiente cósmico não é transparente em todos os lugares?
Assim, a luz das estrelas pode ser bloqueada por poeira e gás interestelar. Essa explicação também não está correta porque o meio se aqueceria pouco a pouco enquanto absorvia a luz e se tornaria tão luminoso quanto a superfície de uma estrela. Isso não resolve o paradoxo de Olbers.
Por que não considerar que a luz de estrelas distantes não teve tempo de chegar até nós?
De fato, em 1848 Edgar Allan Poe (1809-1849) apresentou intuitivamente essa hipótese em seu ensaio sobre o universo material e espiritual intitulado "Eureka".
De fato, sendo a velocidade da luz finita (nós a conhecemos naquele momento), leva algum tempo para chegar até nós. Mas esta suposição não é correta em um Universo infinito e eterno. Se o Universo é eterno seja qual for o tempo que a luz leva para chegar até nós, já deveria nos deslumbrar.
Em 1901, William Thomson conhecido como Lord Kelvin (1824-1907) demonstrou que em um universo transparente, uniforme e estático, uniformemente preenchido de estrelas, a idade finita das estrelas impedia a visibilidade de estrelas distantes.
Para resolver esse simples paradoxo da noite escura, tivemos que revisar completamente nossa concepção do Universo.
Por trás da história do paradoxo de Olbers escondeu-se uma inquietante realidade cósmica da qual vários conceitos emergirão no final do século XX.
- O Universo nem sempre existiu, tem uma história e tem uma idade finita de 13,77 bilhões de anos.
- A velocidade da luz (300 000 km/s) é finita e, portanto, o Universo tem um tamanho finito. Em 13,77 bilhões de anos os fótons viajaram 13,77 bilhões de anos-luz.
- As estrelas têm uma idade finita e, portanto, uma vida útil. Sua fonte de luz é muito efêmera para que possam saturar o espaço com seu brilho.
- O Universo está se expandindo rapidamente. O céu está cada vez mais escuro porque a luz que vem de galáxias distantes é cada vez mais desviada para o vermelho (efeito Doppler). As galáxias mais distantes perdendo cada vez mais seu brilho são extremamente difíceis de observar.
É necessário reunir todas essas hipóteses para resolver o paradoxo da noite escura.
Conclusão
"A noite é apenas noite para nós. São nossos olhos que estão escuros."
Na observação infravermelha, galáxias distantes revelam brilhos gigantescos que incendeiam a poeira interestelar. Para cada ponto no céu, nossa visão cruza o fluxo infravermelho de uma galáxia.
Mas a clareza mais original está nas microondas. Essa radiação fóssil resfriada é observada em todas as direções do céu.