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

Tradutor: Catarina Oliveira Revisora: Margarida Ferreira

Light is the fastest thing we know.

A luz é a coisa mais rápida que conhecemos.

It's so fast that we measure enormous distances

É tão rápida que calculamos distâncias enormes

by how long it takes for light to travel them.

de acordo com o tempo que ela demora a percorrê-las.

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

Num ano, a luz viaja cerca de 10 biliões de quilómetros,

a distance we call one light year.

uma distância a que chamamos "um ano-luz".

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

Para ter uma ideia desta distância,

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

os astronautas demoraram quatro dias a chegar à Lua

is only one light-second from Earth.

que está só a um segundo-luz da Terra.

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

Entretanto, a estrela mais próxima do nosso Sol é a Próxima Centauri,

4.24 light years away.

a uma distância de 4,24 anos-luz.

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

A nossa Via Láctea tem cerca de cem mil anos-luz de largura.

The nearest galaxy to our own, Andromeda,

A galáxia mais próxima, a Andrómeda,

is about 2.5 million light years away

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

Space is mind-blowingly vast.

O espaço é estonteadoramente vasto.

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

Mas como sabemos a que distância se encontram as galáxias e as estrelas?

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

Afinal, quando olhamos para o céu, temos uma visão plana, bidimensional.

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

Se apontarmos um dedo para uma estrela, não dá para dizer a que distância está.

so how do astrophysicists figure that out?

Então, como é que os astrofísicos a calculam?

For objects that are very close by,

Para objectos que estão próximos,

we can use a concept called trigonometric parallax.

podemos usar um conceito chamado "paralaxe trigonométrica".

The idea is pretty simple.

É muito simples.

Let's do an experiment.

Façamos uma experiência.

Stick out your thumb and close your left eye.

Estique o polegar e feche o olho esquerdo.

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

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

It will look like your thumb has moved,

Vai parecer que o polegar se moveu,

while more distant background objects have remained in place.

enquanto os objectos ao fundo permaneceram no seu lugar.

The same concept applies when we look at the stars,

Aplica-se o mesmo conceito quando olhamos para as estrelas,

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

mas as distâncias são muito maiores do que o comprimento do 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,

Por isso, mesmo que houvesse vários telescópios pelo equador,

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

não veríamos uma grande mudança de posição.

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

Em vez disso, olhamos para a mudança aparente das estrelas

de seis em seis meses,

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

— o ponto médio da órbita anual da Terra em volta do Sol.

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

Quando medimos as posições relativas das estrelas

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

no Verão e novamente no Inverno,

é como olhar com o outro olho.

Nearby stars seem to have moved against the background

As estrelas mais próximas parecem ter-se afastado, em relação ao fundo,

of the more distant stars and galaxies.

das estrelas e galáxias mais distantes.

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

Mas este método apenas funciona para objectos

a menos de alguns milhares de anos-luz.

Beyond our own galaxy, the distances are so great

Para lá da nossa galáxia, as distâncias são tão grandes

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

que o paralaxe é demasiado pequeno para as detectar,

mesmo com os instrumentos mais sensíveis.

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

Neste caso, temos de nos basear num método diferente,

using indicators we call standard candles.

usando indicadores a que chamamos velas padrão.

Standard candles are objects whose intrinsic brightness, or luminosity,

As velas padrão são objectos, cujo brilho, ou luminosidade intrínseca,

we know really well.

conhecemos muito bem.

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

Por exemplo, se soubermos quão brilhante a nossa lâmpada é

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

e pedirmos a um amigo para a segurar e se afastar de nós,

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

sabemos que a quantidade de luz que recebemos do nosso amigo

will decrease by the distance squared.

irá diminuindo segundo o quadrado da distância.

So by comparing the amount of light you receive

Comparando a quantidade de luz recebida

to the intrinsic brightness of the light bulb,

com o brilho intrínseco da lâmpada,

you can then tell how far away your friend is.

podemos dizer a distância a que o nosso amigo está.

Em astronomia, a lâmpada será um tipo de estrela específico

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

called a cepheid variable.

chamado uma "variável cefeida".

These stars are internally unstable,

Estas estrelas são internamente instáveis,

like a constantly inflating and deflating balloon.

como um balão que enche e esvazia permanentemente.

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

Como a sua expansão e contracção fazem com que o brilho varie,

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

é possível calcular a sua luminosidade medindo o período deste ciclo,

with more luminous stars changing more slowly.

com estrelas mais luminosas que mudam mais lentamente.

By comparing the light we observe from these stars

Comparando a luz que observamos destas estrelas

to the intrinsic brightness we've calculated this way,

com o brilho intrínseco calculado desta forma,

we can tell how far away they are.

podemos dizer a que distância estão.

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

Infelizmente, este ainda não é o final da história.

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

Só podemos observar estrelas isoladas à distância de 40 milhões de anos-luz.

after which they become too blurry to resolve.

Para lá disso, ficam demasiado desfocadas para serem observadas.

But luckily we have another type of standard candle:

Mas, felizmente, temos outro tipo de vela padrão:

the famous type 1a supernova.

a famosa supernova tipo 1a.

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

As supernovas — gigantescas explosões estelares —

são uma das formas de morte das estrelas.

These explosions are so bright,

Estas explosões são tão brilhantes

that they outshine the galaxies where they occur.

que ofuscam as galáxias onde ocorrem.

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

Por isso, mesmo quando não vemos estrelas isoladas numa galáxia,

we can still see supernovae when they happen.

conseguimos ver supernovas quando elas ocorrem.

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

As supernovas tipo 1a podem ser usadas como vela padrão

because intrinsically bright ones fade slower than fainter ones.

porque as que têm mais brilho intrínseco desvanecem-se mais lentamente.

Through our understanding of this relationship

Através da compreensão desta relação

between brightness and decline rate,

entre brilho e ritmo de declínio,

we can use these supernovae to probe distances

é possível usar as supernovas para estabelecer distâncias

up to several billions of light years away.

acima de muitos milhares de milhões de anos-luz de distância.

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

Porque é tão importante ver objectos tão distantes?

Well, remember how fast light travels.

Lembremos como a luz viaja rapidamente.

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

Por exemplo, a luz emitida pelo Sol leva 8 minutos a chegar até nós,

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 passados 8 minutos.

When you look at the Big Dipper,

Quando olhamos para a Ursa Maior,

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

estamos a ver como ela era há 80 anos.

And those smudgy galaxies?

E as galáxias pouco nítidas?

They're millions of light years away.

Estão a milhões de anos-luz de distância.

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

Foram precisos milhões de anos para que a luz nos atingisse.

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

Assim, o universo por si só, acaba por ser uma máquina do tempo embutida.

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

Quanto mais olhamos para trás, mais novo é o universo que vemos.

Astrophysicists try to read the history of the universe,

Os astrofísicos tentaram ler a história do universo

and understand how and where we come from.

e perceber de onde e como viemos.

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

O universo está constantemente a enviar informações sob a forma de luz.

All that remains if for us to decode it.

Tudo o que nos resta é descodificá-las.