Se o Universo está em expansão, como é que as galáxias conseguem colidir?

Podemos pensar que as galáxias nunca conseguirão encontrar-se no nosso cosmos em fuga, mas na verdade a gravidade pode por vezes superar até a própria expansão do Universo.

Uma pergunta recorrente que fazem ao astrónomo Phil Plait diz respeito à cosmologia, um tema compreensivelmente desconcertante: se o universo está em expansão, como podem as galáxias colidir? Não deveriam estar a afastar-se umas das outras, em vez de se aproximarem?

Na verdade, há duas razões pelas quais as galáxias podem colidir num cosmos em expansão, explica Plait num artigo na Científico Americano.

Um destas razões é que a expansão só domina em escalas muito grandes; e a outra é que a expansão compete com a gravidade.

Antes de mais: o universo está de facto em expansão, apesar de essa expansão poder estar a abrandar. Sabemos isto há mais de um século, foi recentemente cabelo confirmado do Hubblee é a baseado na cosmologia moderna.

Esta ideia chama-se Modelo do Big Bango que, diz Plait, é um nome infelizporque evoca a imagem de um cosmos a expandir-se como uma explosão, com as galáxias a afastarem-se umas das outras através do espaço como estilhaços.

Mas na realidade é o próprio espaço que está em expansãoe isso é diferente. Não é que as galáxias estejam a mover-se através do espaço; é a expansão do espaço que as arrasta consigo.

Isto tem muitas implicações profundamente estranhas. Uma delas é que quanto mais distante está uma galáxia de nós, mais depressa parece estar a afastar-se.

Imagine uma régua de um metro feita de um material extremamente flexível. As duas extremidades estão, naturalmente, a um metro de distância. No centro, podemos marcar dois pontos que estão a um centímetro de distância.

Agora vamos agarrar cada extremidade desta régua imaginária e esticá-la de modo a que a régua fique com dois metros de comprimento. Podemos pedir ajuda a um amigo imaginário, brinca Plait.

Então, as duas extremidades da régua afastaram-se um metromovendo-se, digamos, a um metro por segundo. Mas aquelas marcas que fizemos antes, que estavam a um centímetro de distância, estão agora a dois centímetrosporque toda a régua se esticou.

Isso significa que esses dois pontos se afastaram um do outro a uma velocidade de apenas um centímetro por segundomuito mais devagar do que as extremidades. Por outras palavras, quanto mais afastados estão dois pontos numa escala em expansão, mais depressa se afastam um do outro.

Isto é o Universo, explicado de forma simples. Vemos galáxias mais distantes a afastarem-se de nós mais rapidamente, e podemos até medir essa variação de velocidade em função da distância.

Grosso modo, por cada megaparsec de distância (3,26 milhões de anos-luz, uma unidade conveniente para astrónomos mas não para mais ninguém), o espaço está a expandir-se a uns 70 km/s adicionais. Portanto, uma galáxia que esteja, digamos, a 10 megaparsecs de nós, está a afastar-se a cerca de 700 km/s.

É bastante rápido. Mas uma galáxia a um megaparsec de distância está apenas a afastar-se a 70 km/s.

A galáxia de Andrómeda oferece um excelente exemplo. É a maior espiral mais próxima da nossa Via Láctea, e ambas pertencem a um aglomerado regional de galáxias chamado Grupo Local. A 2,5 milhões de anos-luz de nós, Andrómeda deveria estar a afastar-se a uns 50 km/smas na verdade está a dirigir-se para nós a aproximadamente 110 km/s.

Isto acontece porque ambas as galáxias estão suficientemente próximas para que cada uma seja puxada pela gravidade da outra — puxada com tanta força, de facto, que a sua velocidade mútua é muito maior do que a capacidade do universo as separar.

É também por isso que Andrómeda e a Via Láctea poderão um dia colidir e até fundir-se, embora não antes de talvez outros oito mil milhões de anos. E isto leva-nos à segunda razão pela qual as galáxias ainda podem colidir num universo em expansão.

Normalmente, pensamos na gravidade como uma força que une as coisas. Mas segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, a gravidade é na verdade uma curvatura do espaço-tempocomo uma depressão num lençol. Se um objeto passa perto de algo com muita massa, como um planeta ou uma galáxia, essa deformação faz com que a trajetória do objeto se dobrese curva.

Se dois objetos tiverem massa suficiente e se estiverem a mover a velocidades relativamente baixas, podem estar gravitacionalmente ligadoso que significa que as suas velocidades não conseguem superar a gravidade, e permanecem próximos numa chamada órbita fechada. Uma lua a orbitar um planeta é assim — ou duas galáxias, como a Via Láctea e Andrómeda.

É aqui que as coisas se tornam estranhas. Segundo a relatividade, se o espaço está em expansão, não pode expandir-se dentro dessa região ligada. A gravidade mútua dos objetos dentro dessa região mantém-nos unidos; o espaço expande-se à volta desse volume, mas não no seu interior. Isso, por sua vez, significa que se duas galáxias se aproximarem suficientemente, ainda podem colidir.

Posto isto, não há razão para nos preocuparmos: se algum dia Andrómeda colidir com a nossa Via Láctea, será daqui a milhares de milhões de anos. Já cá não estaremos. E na verdade, até pode ser que não aconteça.