Capítulo 6: A luz mais antiga

Noite 57: Um chiado na linha

Na manhã do dia 57, Noor percebeu o chiado durante a primeira chamada com o solo. Era muito fraco, como o som de uma chuva distante, e ficava por baixo de cada voz que chegava pelo fone de ouvido. As equipes em solo ainda a ouviam com clareza, e ela ainda as entendia. Mas o chiado estava lá, e numa estação espacial qualquer coisa que não deveria estar lá merece uma olhada.

O solo pediu que ela ajudasse a encontrar a causa. Mandaram uma lista de verificação curta, e ela foi cumprindo os itens entre as outras tarefas do dia. Primeiro, escutou com outro fone. O chiado continuou. Depois, mudou para outro painel de rádio. O chiado continuou. Então conferiu, uma a uma, as configurações que o solo lia para ela. Tudo batia. Na hora do almoço, ela já tinha descartado quase tudo o que era fácil descartar, o que é um tipo útil de progresso, mesmo que não pareça progresso no momento.

À tarde, um especialista em solo pediu que ela seguisse um cabo do painel até a parede e verificasse um pequeno conector atrás de uma tampa. Ela levou vinte minutos para abrir a tampa, porque cada parafuso precisava ser apanhado antes de sair flutuando. Atrás dela, o conector parecia em ordem. Mesmo assim, ela o encaixou de novo com delicadeza, como mandava a lista. O especialista pediu que ela dissesse algumas palavras. Ela contou de um a dez. Houve uma pausa e então a voz do solo disse, com simpatia, que o chiado tinha sumido.

Tomás riu e disse que metade de toda a engenharia consiste em encaixar as coisas de novo com delicadeza. Ade disse que a outra metade consiste em acreditar nos seus instrumentos quando eles dizem algo estranho. Noor anotou o resultado no registro, fechou a tampa de novo e recolheu os parafusos do saquinho que tinha amarrado na manga.

Naquela noite, quando Noor contou a Sami sobre o chiado, ele respondeu do caminhão, estacionado numa plataforma de carga. Disse que o rádio da cabine dele chia toda noite entre duas cidades, no mesmo lugar, e que ele já nem repara mais. Noor sorriu com isso. Ela conhecia uma história sobre um chiado que dois engenheiros não conseguiam deixar de notar, e sobre o que ele acabou se revelando. Era a história certa para a noite 57.

Uma névoa brilhante

Na noite anterior, seguimos o filme do universo de trás para a frente. Se as galáxias estão se afastando hoje, então há muito tempo tudo estava mais junto. E, quando a matéria e a luz são espremidas, elas esquentam. Lemaître imaginou um “átomo primordial”. Os defensores da ideia do estado estacionário imaginaram um universo sem começo nenhum. Fred Hoyle, que estava do segundo lado, deu à primeira ideia o seu nome famoso numa palestra no rádio. Mas um nome não é uma evidência. A história desta noite é sobre a evidência que resolveu a questão.

Vamos imaginar o universo jovem, algumas centenas de milhares de anos depois do começo. Ele era muito mais quente e mais denso do que qualquer coisa no universo de hoje. Era tão quente que os átomos não conseguiam se manter inteiros. Um átomo, como veremos com mais detalhes em noites futuras, é um centro minúsculo chamado núcleo, com partículas ainda menores chamadas elétrons à sua volta. No universo jovem, os elétrons não conseguiam ficar com os seus núcleos. Toda vez que um elétron se acomodava, o calor o arrancava de novo.

Os elétrons livres têm um efeito importante sobre a luz. Eles atrapalham o caminho dela. Um raio de luz naquele universo primitivo não conseguia ir longe sem esbarrar num elétron e ser mandado numa nova direção. Depois esbarrava em outro, e em outro. A luz estava em toda parte, mas não conseguia ir a lugar nenhum em linha reta. O universo inteiro brilhava, mas não era transparente. Era como uma névoa espessa e brilhante.

Você provavelmente já viu algo parecido numa manhã de neblina. O sol já nasceu, e o ar à sua volta está claro. Mas você não consegue ver as casas no fim da rua, porque a luz que vem delas se espalha no caminho até os seus olhos. O universo jovem era assim em toda parte, em todas as direções. Se alguém pudesse ter ficado lá dentro, teria visto só um brilho claro e uniforme, sem nada por trás.

Então, devagar, o universo continuou se expandindo e esfriando. Por volta de 380.000 anos depois do começo, ele tinha esfriado até uma temperatura de alguns milhares de graus. Isso ainda é muito quente, mais ou menos tão quente quanto a superfície de algumas estrelas frias, mas era frio o bastante para uma mudança importante. Os elétrons agora podiam se acomodar em volta dos núcleos e ficar ali. Formaram-se os átomos, principalmente átomos de hidrogênio e de hélio.

O momento em que a névoa se dissipou

Quando os elétrons passaram a ficar dentro dos átomos, eles deixaram de atrapalhar a luz com tanta facilidade. De repente, a luz podia viajar livremente em linha reta. A névoa se dissipou. Os astrônomos às vezes comparam esse momento a uma lâmpada que estava dentro de uma nuvem espessa e de repente se vê no ar limpo. A luz liberada naquele momento partiu em todas as direções pelo universo. Parte dela vem viajando desde então, há cerca de 13,8 bilhões de anos, e parte dela está chegando à Terra esta noite.

Quando essa luz partiu, ela era o brilho de algo com uma temperatura de alguns milhares de graus. A luz de uma coisa tão quente tem ondas curtas, e parte dela pareceria laranja ou amarela aos olhos humanos. Mas, na noite das galáxias que se afastam, vimos que o próprio espaço vem se esticando há bilhões de anos. À medida que o espaço se esticava, as ondas dessa luz antiga se esticavam junto. Elas foram esticadas mais de mil vezes. Hoje, as ondas já não são luz visível. São ondas muito mais longas, do tipo chamado micro-ondas.

As micro-ondas são um tipo de onda de rádio com ondas relativamente curtas. São da mesma família de ondas que um forno de micro-ondas usa para esquentar a comida, mas a luz antiga do universo é extremamente fraca. Ela não esquenta nada que você possa sentir. A temperatura dela hoje é de apenas cerca de 2,7 graus acima do zero absoluto. O zero absoluto é a temperatura mais fria possível, cerca de 273 graus Celsius negativos, então essa luz antiga está a cerca de 270 graus negativos.

Os astrônomos chamam essa luz de radiação cósmica de fundo em micro-ondas. “Cósmica” quer dizer que ela pertence ao universo inteiro. “Micro-ondas” nos diz que tipo de onda ela é hoje. “De fundo” quer dizer que ela fica atrás de todo o resto, como a parede do fundo de um palco. Neste livro, vamos chamá-la quase sempre simplesmente de luz mais antiga. É a luz mais antiga que podemos ver, porque antes dela o universo era uma névoa que a luz não conseguia atravessar.

Há algo notável nisso. A luz mais antiga não vem de uma estrela nem de uma galáxia. Não vem de uma única direção. Vem de todas as direções ao mesmo tempo, do céu inteiro, de dia e de noite. Enquanto você lê esta página, uma parte muito fraca dela está atravessando o cômodo à sua volta. É como estar dentro do eco que se apaga num grande salão, onde o som vem de todas as paredes juntas.

As pessoas que a encontraram

As primeiras pessoas a pensar com cuidado nessa luz antiga estavam trabalhando numa outra questão. Em 1948, o físico George Gamow e os seus colegas mais jovens, Ralph Alpher e Robert Herman, tentavam entender como os elementos mais leves poderiam ter sido feitos num universo primitivo quente e denso. Essa é a história da nossa próxima noite. Mas, enquanto trabalhavam nisso, Alpher e Herman perceberam uma coisa. Se o universo primitivo tinha mesmo sido tão quente, um brilho fraco desse calor ainda deveria preencher o espaço hoje. Eles estimaram que esse brilho estaria agora a apenas alguns graus acima do zero absoluto.

Pense por um momento em como essas três pessoas trabalhavam. Não tinham nenhum telescópio capaz de ver o universo primitivo, nem computadores como os que usamos hoje. Trabalhavam com lápis, papel, máquinas de calcular simples e longas conversas. Gamow era conhecido pelo seu humor brincalhão e por escrever livros simpáticos que explicavam a física para leitores comuns. Alpher e Herman fizeram grande parte dos cálculos pacientes e cuidadosos. A estimativa deles, de cerca de cinco graus, não estava exatamente certa, mas ficou perto do valor verdadeiro, o que foi um resultado notável para uma primeira tentativa.

A previsão deles não chamou muita atenção na época. Medir um brilho tão fraco parecia muito além dos instrumentos da época, e muitos cientistas ainda não estavam convencidos de que o universo tivesse tido um começo quente. A ideia ficou quase esquecida por alguns anos. Isso acontece na ciência com mais frequência do que se imagina. Uma boa ideia pode esperar em silêncio em artigos antigos até que apareça o instrumento certo, ou a pessoa certa.

No começo dos anos 1960, dois engenheiros de rádio começaram a trabalhar com uma grande antena em forma de corneta que tinha sido construída para receber sinais refletidos em satélites. Eles queriam usá-la para fazer medições cuidadosas de ondas de rádio fracas vindas do espaço. Para isso, primeiro precisavam entender cada pedacinho de ruído que a antena e o seu receptor produziam sozinhos. Então mediram, conferiram e mediram de novo. E encontraram um chiado fraco que não conseguiam explicar. Era o mesmo em todas as direções para onde apontavam a antena, em qualquer hora do dia e em todas as estações do ano.

Eles fizeram o que bons engenheiros fazem. Procuraram a causa no próprio equipamento. Verificaram o receptor e as conexões. Descobriram até que um casal de pombos estava fazendo ninho dentro da corneta e tinha deixado excrementos na superfície interna. Os pombos foram levados embora, e os engenheiros limparam a corneta com cuidado. O chiado continuou. Ele não vinha da antena e não vinha de nenhum lugar próximo. Vinha do céu.

Mais ou menos na mesma época, um grupo de físicos não muito longe dali estava construindo um instrumento para procurar exatamente um brilho como esse, porque eles tinham chegado de novo à ideia por conta própria. Quando os dois grupos souberam do trabalho um do outro, entenderam o que era o chiado. Em 1965, os resultados foram publicados. Os engenheiros tinham encontrado a luz mais antiga. Para muitos astrônomos, esse foi o momento em que a ideia do estado estacionário perdeu o seu apoio mais forte, porque um universo sem um começo quente não tinha um jeito natural de encher todo o espaço com um brilho desses.

Um mapa de diferenças minúsculas

Depois de 1965, a luz mais antiga se tornou uma das coisas mais estudadas de todo o céu. No começo, ela parecia perfeitamente uniforme. Tinha a mesma temperatura em todas as direções, até onde qualquer pessoa conseguia medir. Isso era um enigma à sua maneira. Se o universo jovem tinha sido perfeitamente uniforme, como ele ficou irregular depois, com galáxias aqui e espaço vazio ali? Tinha de haver pequenas diferenças em algum lugar, se ao menos alguém conseguisse medi-las.

Medi-las a partir do chão era muito difícil, porque o próprio ar brilha um pouco em micro-ondas, e a água do ar atrapalha. Então os cientistas construíram satélites para medir a luz mais antiga de cima do ar. Um satélite lançado em 1989 mediu o brilho com grande cuidado e, em 1992, a sua equipe anunciou que tinha encontrado as diferenças. Elas eram minúsculas, de cerca de uma parte em 100.000. Algumas partes do céu eram levemente mais quentes e outras levemente mais frias do que a média.

O satélite não tirou uma fotografia num único instante, como faz uma câmera. Ele varreu o céu inteiro repetidas vezes, durante anos, e a sua equipe somou as medições para que as diferenças minúsculas pudessem se destacar do ruído do instrumento. Desse modo, a equipe enfrentou o mesmo problema dos dois engenheiros com a sua antena em forma de corneta. Antes de poder confiar no que o céu dizia, precisava entender cada pedacinho de ruído que o próprio equipamento fazia.

Para imaginar o quanto isso é pequeno, pense num lago grande e calmo. Se o lago estivesse perfeitamente parado, a superfície dele seria totalmente plana. Diferenças de uma parte em 100.000 são como ondulações tão pequenas que você nunca conseguiria vê-las com os olhos. Mesmo assim, essas ondulações minúsculas importam enormemente. Onde o universo jovem era levemente mais denso, a gravidade puxava um pouco mais forte. Ao longo de centenas de milhões de anos, esses lugares juntaram cada vez mais matéria. As ondulações minúsculas da luz mais antiga são as sementes das galáxias, inclusive da nossa.

Satélites posteriores fizeram mapas cada vez mais nítidos do céu inteiro. Os mapas parecem um ovo pintadinho, com manchas de luz levemente mais quente e levemente mais fria. Estudando os tamanhos e os padrões dessas manchas, os astrônomos conseguem medir muitas coisas sobre o universo: quantos anos ele tem, quanta matéria comum ele contém e quanto da estranha matéria e energia que vamos conhecer em noites futuras. A idade de cerca de 13,8 bilhões de anos que este livro usa vem em grande parte desses mapas.

Então a luz mais antiga não é só uma prova de um começo quente. É também uma espécie de foto de bebê do universo, tirada quando ele tinha cerca de 380.000 anos. Comparado com a idade dele hoje, é como uma foto de uma pessoa tirada no primeiro dia de vida. O rosto ainda não é o rosto do adulto, mas o formato já está lá.

Uma mensagem para Sami

Antes de dormir, Noor flutuou por alguns minutos perto da janela grande. A estação estava sobre o lado noturno da Terra, e o céu acima da linha fina da atmosfera estava negro e cheio de estrelas. Ela sabia que a luz mais antiga também estava lá, entre as estrelas e atrás delas, invisível aos seus olhos, mas preenchendo todas as direções. A janela, a estação e as próprias mãos dela estavam banhadas nela, muito de leve.

Mais cedo, naquela noite, Ade tinha mostrado a Tomás e a Noor um dos mapas da luz mais antiga numa tela na cozinha da estação. Tomás disse que parecia a casca de uma laranja vista bem de perto. Ade disse que cada galáxia que eles podiam ver da janela tinha crescido a partir de pequenas diferenças como aquelas manchas, ampliadas pela gravidade ao longo de bilhões de anos. Ninguém falou por um tempo depois disso, o que, numa estação movimentada, é uma espécie de elogio.

Ela escreveu para Sami: “O chiado no seu rádio provavelmente vem de uma antena próxima ou do motor. Mas, no chiado de rádio, uma partezinha pode vir da luz mais antiga do universo. De certa forma, pode ser que você tenha escutado um vestígio fraco do começo nas suas viagens noturnas.” Sami respondeu uma hora depois, no intervalo, que nunca mais ia se irritar com aquele chiado entre as duas cidades.

Talvez, depois do seu próprio dia de trabalho, exista um som assim na sua vida: o zumbido de uma geladeira, o barulho do trânsito, o chiado de um rádio velho. A maior parte dele, claro, vem de coisas comuns aqui perto. Mas a luz mais antiga também está lá, toda noite, vindo de todos os lados. Ela foi liberada muito antes de existirem estrelas, muito antes da Terra, e vem viajando todo esse tempo para chegar ao lugar onde você está sentado agora.

Equívocos comuns

Muita gente pensa que a luz mais antiga vem de um único lugar, muito distante, onde o Big Bang aconteceu. É natural imaginar assim, porque costumamos pensar na luz como algo que vem de uma lâmpada ou de uma estrela. Mas a luz mais antiga vem igualmente de todas as direções, porque a névoa quente preenchia o universo inteiro, e não um ponto dentro dele. Para onde quer que olhemos, vemos o lugar distante onde a névoa se dissipou para a luz que está chegando até nós agora. Uma astrônoma numa galáxia muito distante veria o mesmo brilho à sua volta, vindo dos seus próprios arredores distantes.

Muita gente também pensa que, com um telescópio grande o bastante, poderíamos olhar além da luz mais antiga e ver o próprio começo. Com a luz comum, e com qualquer outro tipo de onda parecido com ela, não podemos. Antes de cerca de 380.000 anos, o universo era uma névoa que a luz não conseguia atravessar, e por isso nenhuma luz de épocas anteriores pode chegar até nós em linha reta. É como tentar ver o interior de uma nuvem estando do lado de fora. Os cientistas aprendem sobre épocas anteriores de outras maneiras: pelas quantidades dos elementos mais leves, que é a história da nossa próxima noite, e pelos padrões da própria luz mais antiga.

Por fim, algumas pessoas ouviram dizer que a luz mais antiga era “só o chuvisco das televisões antigas”. A verdade é um pouco mais delicada. Os televisores antigos mostravam um padrão de pontinhos em movimento, chamado chuvisco, quando não estavam sintonizados num canal. A maior parte desse chuvisco vinha do próprio aparelho, de outros equipamentos elétricos e de fontes de rádio próximas. Mas uma pequena parte dele vinha, sim, da luz mais antiga. Então qualquer pessoa que já se sentou diante de uma televisão fora do ar estava, sem saber, assistindo a um eco minúsculo do universo jovem. Na próxima noite, vamos voltar ainda mais, aos primeiros minutos, e ver de que era feita a névoa quente.