Light seconds, light years, light centuries: How to measure extreme distances - Yuan-Sen Ting

Como medimos distâncias no espaço sideral? - Yuan-Sen Ting

Tradutor: Mario Curiki Revisor: Gabriel Falcão

Light is the fastest thing we know.

A luz é a coisa mais veloz que conhecemos.

It's so fast that we measure enormous distances

É tão veloz que medimos enormes distâncias

by how long it takes for light to travel them.

pelo tempo que a luz leva para percorrê-las.

In one year, light travels about 6,000,000,000,000 miles,

Em um ano, a luz percorre aproximadamente 9,6 trilhões de km

a distance we call one light year.

uma distância que chamamos de 1 ano-luz.

To give you an idea of just how far this is,

Para se ter uma ideia dessa distância,

the Moon, which took the Apollo astronauts four days to reach,

a Lua, aonde os astronautas da Apollo levaram quatro dias para chegar,

is only one light-second from Earth.

fica a apenas 1 segundo-luz da Terra.

Meanwhile, the nearest star beyond our own Sun is Proxima Centauri,

Enquanto isso, a estrela mais próxima depois do nosso Sol é Proxima Centauri,

4.24 light years away.

a 4,24 anos-luz de distância.

Our Milky Way is on the order of 100,000 light years across.

Nossa Via Láctea tem uns cem mil anos-luz de diâmetro.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

A galáxia mais próxima à nossa, Andrômeda,

is about 2.5 million light years away

fica a cerca de 2,5 milhões de anos-luz de distância.

Space is mind-blowingly vast.

O espaço é inacreditavelmente vasto.

But wait, how do we know how far away stars and galaxies are?

Mas espere. Como sabemos quão longe estão as estrelas e as galáxias?

After all, when we look at the sky, we have a flat, two-dimensional view.

Afinal, ao olharmos para o céu, temos uma visão plana e bidimensional.

If you point you finger to one star, you can't tell how far the star is,

Ao apontar o dedo para uma estrela, não dá para saber a que distância está.

so how do astrophysicists figure that out?

Então, como os astrofísicos descobrem isso?

For objects that are very close by,

Para objetos que estão bem próximos a nós,

we can use a concept called trigonometric parallax.

podemos usar um conceito chamado paralaxe trigonométrica.

The idea is pretty simple.

A ideia é bem simples.

Let's do an experiment.

Vamos fazer um teste.

Stick out your thumb and close your left eye.

Levante seu dedão e feche seu olho esquerdo.

Now, open your left eye and close your right eye.

Agora, abra seu olho esquerdo e feche o olho direito.

It will look like your thumb has moved,

Vai parecer que seu dedo se moveu,

while more distant background objects have remained in place.

enquanto objetos mais distantes, ao fundo, continuam no mesmo lugar.

The same concept applies when we look at the stars,

O mesmo conceito se aplica ao olharmos para as estrelas,

but distant stars are much, much farther away than the length of your arm,

mas estrelas distantes estão muito mais longe que o comprimento do seu braço,

and the Earth isn't very large,

e a Terra não é muito grande.

so even if you had different telescopes across the equator,

Então, mesmo que você tivesse vários telescópios por toda a Linha do Equador,

you'd not see much of a shift in position.

não veria uma mudança de posição tão evidente.

Instead, we look at the change in the star's apparent location over six months,

Em vez disso, vemos a mudança da posição aparente da estrela em seis meses,

the halfway point of the Earth's yearlong orbit around the Sun.

o ponto médio da órbita anual da Terra em torno do Sol.

When we measure the relative positions of the stars in summer,

Quando medimos as posições relativas das estrelas no verão,

and then again in winter, it's like looking with your other eye.

e depois novamente no inverno, é igual a você olhando com seu outro olho.

Nearby stars seem to have moved against the background

As estrelas mais próximas parecem ter se movido

contra o plano das estrelas e galáxias mais distantes.

of the more distant stars and galaxies.

But this method only works for objects no more than a few thousand light years away.

Mas esse método só funciona para objetos com menos de alguns milhares de anos-luz.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Além de nossa galáxia, as distâncias são tão grandes

that the parallax is too small to detect with even our most sensitive instruments.

que a paralaxe é muito pequena para ser detectada com nossos melhores instrumentos

So at this point we have to rely on a different method

Então nesse ponto precisamos contar com um método diferente

using indicators we call standard candles.

usando indicadores que chamamos de vela padrão.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

Velas padrão são objetos cujo brilho ou luminosidade intrínsecos

we know really well.

conhecemos muito bem.

For example, if you know how bright your light bulb is,

Por exemplo, se você sabe quão brilhante sua lâmpada é,

and you ask your friend to hold the light bulb and walk away from you,

e você pede a um amigo para segurar a lâmpada e se afastar de você,

you know that the amount of light you receive from your friend

você sabe que a quantidade de luz que você recebe de seu amigo

will decrease by the distance squared.

irá diminuir de acordo com a distância elevada ao quadrado.

So by comparing the amount of light you receive

Logo, comparando a quantidade de luz que você recebe

to the intrinsic brightness of the light bulb,

e o brilho característico da lâmpada,

you can then tell how far away your friend is.

você pode dizer quão longe seu amigo está.

In astronomy, our light bulb turns out to be a special type of star

Em astronomia, nossa lâmpada é um tipo especial de estrela

called a cepheid variable.

chamada Variável Cefeida.

These stars are internally unstable,

Essas estrelas são internamente instáveis,

like a constantly inflating and deflating balloon.

como um balão continuamente enchendo e murchando.

And because the expansion and contraction causes their brightness to vary,

E como a expansão e a contração fazem seu brilho variar,

we can calculate their luminosity by measuring the period of this cycle,

podemos calcular sua luminosidade medindo o período de tal ciclo,

with more luminous stars changing more slowly.

com estrelas mais luminosas mudando mais lentamente.

By comparing the light we observe from these stars

Ao comparar a luz que observamos dessas estrelas

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

ao brilho característico que calculamos dessa forma,

we can tell how far away they are.

podemos dizer quão longe elas estão.

Unfortunately, this is still not the end of the story.

Infelizmente, esse ainda não é o fim da história.

We can only observe individual stars up to about 40,000,000 light years away,

Só podemos observar estrelas individuais a até 40 milhões de anos-luz de distância,

after which they become too blurry to resolve.

depois disso elas tornam-se desfocadas demais para se determinar.

But luckily we have another type of standard candle:

Mas por sorte nós temos um outro tipo de vela padrão:

the famous type 1a supernova.

a famosa supernova tipo 1A.

Supernovas, enormes explosões estelares, são uma das formas de estrelas morrerem.

Supernovae, giant stellar explosions are one of the ways that stars die.

These explosions are so bright,

Essas explosões são tão brilhantes,

that they outshine the galaxies where they occur.

que brilham mais do que as galáxias onde ocorrem.

So even when we can't see individual stars in a galaxy,

Então mesmo quando não conseguimos ver estrelas individuais numa galáxia,

we can still see supernovae when they happen.

ainda podemos observar supernovas, quando elas acontecem.

And type 1a supernovae turn out to be usable as standard candles

E as supernovas tipo 1A mostraram ser utilizáveis como velas padrão

porque as intrinsecamente mais brilhantes se apagam mais lentamente que as fracas.

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

Through our understanding of this relationship

Por meio de nosso entendimento de tal relação

between brightness and decline rate,

entre o brilho e a taxa de declínio,

nós podemos usar essas supernovas para aferir distâncias

we can use these supernovae to probe distances

up to several billions of light years away.

de até bilhões de anos-luz de distância.

But why is it important to see such distant objects anyway?

Mas, de qualquer forma, por que seria importante enxergar objetos tão distantes?

Well, remember how fast light travels.

Bem, lembre-se quão rapidamente a luz viaja.

For example, the light emitted by the Sun will take eight minutes to reach us,

Por exemplo, a luz emitida pelo Sol levará 8 minutos para nos alcançar,

which means that the light we see now is a picture of the Sun eight minutes ago.

o que significa que a luz que vemos agora é uma imagem do Sol há 8 minutos.

When you look at the Big Dipper,

Quando você olha a Ursa Maior,

you're seeing what it looked like 80 years ago.

você está vendo como ela estava 80 anos atrás.

And those smudgy galaxies?

E aquelas galáxias desfocadas?

They're millions of light years away.

Elas estão a milhões de anos-luz de distância.

It has taken millions of years for that light to reach us.

Levou milhões de anos para aquela luz chegar até nós.

So the universe itself is in some sense an inbuilt time machine.

Então, o universo em si é de certa forma uma máquina do tempo autoembutida.

The further we can look back, the younger the universe we are probing.

Quanto mais longe pudermos olhar para trás, mais jovem será o universo que examinamos.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Astrofísicos tentam ler a história do universo,

and understand how and where we come from.

e entender como e de onde nós viemos.

The universe is constantly sending us information in the form of light.

O universo está constantemente nos enviando informações, na forma de luz.

All that remains if for us to decode it.

O que nos resta é decifrar isso.