Para onde a Via Láctea cai a 600 km por segundo

Um desequilíbrio de três milésimos de grau na radiação de fundo entrega a velocidade da galáxia inteira rumo a uma massa que ninguém vê.

Um lado aceso, o outro quase apagado

Sente-se numa cadeira e fique o mais parado que conseguir. Nenhum passo, nenhum músculo fora do lugar. A conta de quanto você se deslocou no último segundo continua correndo, e o resultado não é zero.

No equador, o giro da Terra carrega você a quase meio quilômetro por segundo. A órbita do planeta em volta do Sol acrescenta trinta. O Sol arrasta o sistema inteiro em torno do centro da galáxia a cerca de duzentos e trinta. Nenhuma das três parcelas chega à cadeira, porque o chão e o corpo viajam juntos.

Falta a quarta parcela, e ela é a maior de todas. A Via Láctea inteira, com as suas centenas de bilhões de estrelas, atravessa o espaço a cerca de seiscentos quilômetros por segundo. Em números de estrada, 2,16 milhões de quilômetros por hora, ou a distância entre a Terra e a Lua vencida em pouco menos de onze minutos.

A queda não se confunde com a expansão do universo, que afasta galáxias umas das outras e obedece a outra conta. É movimento próprio, com direção fixa no céu, e a galáxia inteira vai junto.

A parte difícil de aceitar não é a velocidade, é como alguém chegou ao número. Medir movimento exige uma referência parada, e não existe marca fixa pendurada no espaço. Toda estrela que serviria de baliza está caindo junto, na mesma direção e quase na mesma velocidade.

A referência que resolveu o problema não é um objeto. É um banho de luz antiga que preenche o universo inteiro e não pertence a nenhuma galáxia.

Ele chega de todas as direções com a mesma cara, e a nossa velocidade aparece na única coisa capaz de quebrar a igualdade: um desequilíbrio de temperatura medido em milésimos de grau.

O mecanismo que transforma milésimos de grau em quilômetros por segundo cabe numa conta de uma linha só. E o resultado dela aponta para um lugar do céu que nenhum telescópio consegue encarar de frente.

Continue lendo ↓

I  O Mecanismo

O desequilíbrio de três milésimos de grau

Um corpo parado dentro de um forno fechado mede a mesma temperatura em todas as direções. Basta ele se mover para a igualdade quebrar. A radiação que vem de frente chega comprimida, com comprimento de onda mais curto, e a que vem de trás chega esticada. Comprimida significa mais quente, esticada significa mais fria.

O universo é o forno. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas ocupa cada centímetro cúbico do espaço a 2,725 kelvin, pouco menos de três graus acima do zero absoluto. Ela é o brilho residual do momento em que o universo esfriou o bastante para ficar transparente, cerca de 380 mil anos depois do começo.

Se a Terra estivesse em repouso dentro desse banho, o termômetro daria o mesmo número em qualquer direção. Não dá. Um hemisfério do céu aparece mais quente, o oposto aparece mais frio, e a transição entre os dois é suave, acompanhando o cosseno do ângulo. O desenho tem nome: dipolo.

A amplitude medida pelo satélite Planck é de 3,3621 milikelvins, cerca de uma parte em mil da temperatura de fundo. Parece pouco, e é cem vezes maior que as flutuações primordiais que os mesmos satélites caçam. Por décadas o dipolo precisou ser subtraído do mapa antes que as manchas de uma parte em cem mil ficassem visíveis.

A conta que converte grau em velocidade tem uma linha. A variação relativa de temperatura é igual à velocidade dividida pela velocidade da luz.

Uma parte em mil dá 0,00123 vez os 300 mil quilômetros por segundo da luz, ou 369,8. Essa é a velocidade do sistema solar em relação à radiação, apontada para a constelação de Leão.

Daí em diante o trabalho é de subtração, e cada parcela já foi medida por outro meio. Sai a órbita da Terra em volta do Sol, trinta quilômetros por segundo, que aparece como oscilação anual no próprio dipolo e serve de calibração.

Sai a volta do Sol em torno do centro galáctico, cerca de duzentos e trinta. Sai o movimento da Via Láctea dentro do Grupo Local, puxada por Andrômeda.

O que sobra é o movimento do conjunto. O Grupo Local inteiro cai a cerca de 620 quilômetros por segundo em direção a um ponto entre as constelações de Hidra e Centauro, e a Via Láctea sozinha responde por perto de 600 desse total. O número não depende de conhecer a distância de nenhuma galáxia: é temperatura contra ângulo.

Nada dessa medida ressuscita o espaço absoluto que a relatividade aposentou. O referencial não é o espaço vazio, é a própria radiação que o preenche. Medir velocidade contra a radiação de fundo se parece com medir a velocidade de um barco contra a água, não contra uma régua invisível pregada no nada.

II  Por que Importa

A massa que ninguém consegue olhar de frente

Uma queda exige alguém puxando. A direção do movimento, traçada no céu, não cai num lugar vazio: aponta para a região entre Hidra e Centauro, onde a contagem de galáxias já mostrava excesso de massa.

O problema é que a linha de visada passa pelo pior lugar possível. O disco da própria Via Láctea, visto de dentro, atravessa o céu como uma faixa de poeira e estrelas amontoadas que apaga o que está atrás. Os astrônomos chamam a faixa de Zona de Evasão, e ela sequestra perto de 20% do céu extragaláctico.

A concentração de massa que puxa o Grupo Local está exatamente ali, tapada pela nossa própria casa. Ela ganhou o nome de Grande Atrator: um excesso de massa a algo como 200 milhões de anos-luz, com o aglomerado de Norma, catalogado como Abell 3627, no centro do quadro.

Ver através da poeira exigiu trocar de comprimento de onda. A poeira é opaca à luz visível e transparente ao rádio, e a linha de 21 centímetros do hidrogênio neutro atravessa a faixa.

Levantamentos feitos com o prato de Parkes, na Austrália, acharam galáxias que nenhum telescópio óptico registra. O raio X fez o mesmo com o gás quente dos aglomerados.

A conta não fecha nem assim. A massa medida em Norma explica só uma parte do empurrão. O resto vem de muito mais longe: a concentração de Shapley, a maior aglomeração de galáxias do universo próximo, fica quase na mesma direção, três vezes mais distante.

Existe ainda a contribuição pelas costas. Um mapa do campo de velocidades publicado em 2017 achou uma região notavelmente vazia na direção oposta à do Grande Atrator.

Vazio não puxa, e a falta de puxão de um lado funciona como empurrão do outro: o Grupo Local é atraído de frente e repelido por trás, com as duas parcelas somando na mesma direção.

Para quem lê, a consequência prática mora na régua. Toda distância cosmológica estimada por desvio para o vermelho supõe que a galáxia observada se afasta apenas pela expansão do universo. O movimento próprio contamina o número, e a nossa própria queda entra como um viés que muda de sinal conforme o lado do céu.

Catálogos de supernovas e de velocidades próprias corrigem o efeito antes de fechar qualquer conta sobre o ritmo de expansão. Sem a correção, o mesmo universo devolveria taxas diferentes conforme o lado do céu observado.

E há a lição de humildade cartográfica. A melhor planta do nosso endereço tem uma tarja preta bem em cima do objeto que governa o nosso movimento. A força foi medida com quatro casas decimais antes de alguém conseguir contar o que a produz.

Quem banca a edição de hoje

O clique de apoio mantém a edição gratuita

III  A Fonte

Do voo do U-2 ao mapa de Laniakea

Nature, volume 222, 1969. Edward Conklin, medindo o céu em 8 gigahertz do alto de uma montanha da Califórnia, publicou o primeiro indício de que a radiação de fundo não chegava igual de todas as direções.

Physical Review Letters, volume 39, 1977. George Smoot, Marc Gorenstein e Richard Muller, em Detection of anisotropy in the cosmic blackbody radiation, instalaram um radiômetro diferencial na escotilha de um avião U-2 e voaram acima da parte pesada da atmosfera. O resultado: 390 quilômetros por segundo, com margem de 60.

Astrophysical Journal Letters, volume 313, 1987. Alan Dressler, Sandra Faber, David Burstein, Roger Davies, Donald Lynden-Bell, Roberto Terlevich e Gary Wegner assinam Spectroscopy and photometry of elliptical galaxies: a large-scale streaming motion in the local universe.

Os sete mediram a velocidade própria de centenas de galáxias elípticas e acharam todas escorrendo para o mesmo lado. No artigo seguinte, de 1988, o grupo batizou o destino de Grande Atrator.

Astrophysical Journal, volume 419, 1993. Alan Kogut e colegas, com o instrumento DMR do satélite COBE, fecharam a amplitude do dipolo em 3,365 milikelvins e converteram o dado no movimento do Grupo Local, 627 quilômetros por segundo.

Nature, volume 379, 1996. Renée Kraan-Korteweg e colegas, em A nearby massive galaxy cluster behind the Zone of Avoidance, mostraram o aglomerado de Norma escondido atrás da faixa, com massa da ordem da de Coma.

Nature, volume 513, 2014. Brent Tully, Hélène Courtois, Yehuda Hoffman e Daniel Pomarède, em The Laniakea supercluster of galaxies, usaram o catálogo Cosmicflows-2, com a velocidade própria de 8.000 galáxias medida uma a uma, e trataram o campo de velocidades como um mapa de bacias hidrográficas.

A definição saiu invertida em relação ao costume. Um superaglomerado deixou de ser um amontoado visível de galáxias e virou o volume dentro do qual todas as trajetórias convergem para o mesmo fundo de vale, como a água de uma bacia.

O nosso tem 520 milhões de anos-luz de ponta a ponta e cerca de 100 mil galáxias. Nome: Laniakea, céu imenso em havaiano.

Nesse desenho, o Grande Atrator deixa de ser um objeto isolado e vira um trecho de corrente, o fundo achatado do vale para onde escorre a nossa parte do fluxo. A Via Láctea fica na periferia da bacia, longe do centro.

Nature Astronomy, 2017. Yehuda Hoffman, Daniel Pomarède, Brent Tully e Hélène Courtois, em The dipole repeller, reconstruíram o campo de velocidades em três dimensões e localizaram a região vazia que empurra pelas costas.

Planck 2018, resultados I. A amplitude do dipolo ficou em 3,3621 milikelvins e a velocidade do sistema solar em 369,82 quilômetros por segundo, na medida mais precisa já feita do movimento.

O que segue em aberto é o tamanho da bacia. O catálogo Cosmicflows-4 e uma análise publicada na Nature Astronomy em 2024 sugerem que Laniakea talvez não seja a última fronteira.

A chance de a nossa vizinhança pertencer a uma bacia bem maior, centrada em Shapley, ficou em torno de 60%. E o censo da massa atrás da Zona de Evasão continua sem fechar.

Continue curioso. Mirabile dictu.

CIÊNCIA BIZARRA

Parece mentira. Mas é real e está provado