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Ciência 18 de dezembro de 1998:
Vol. 282 não. 5397 p. 2156-2157 
DOI: 10.1126/science.282.5397.2156a ( Science. ISSN 0036-8075 (print), 1095-9203
NOTÍCIAS / DESCOBERTA DO ANO / ASTRONOMIA: o movimento cósmico Revelado
NEWS / BREAKTHROUGH OF THE YEAR / ASTRONOMY: Cosmic Motion Revealed

 James Glanz 

Os astrónomos olhou profundamente no universo e descobriram que ele está explodindo cada vez mais rápido, sugerindo que Einstein estava certo quando propôs uma misteriosa energia que preenche o espaço "vazio"

Astronomers peered deep into the universe and found that it is flying apart ever faster, suggesting that Einstein was right when he posited a mysterious energy that fills “empty” space

O destino final da natureza e do universo têm preocupado os filósofos e cientistas por séculos. Os cientistas descobriram décadas atrás que o universo está se expandindo, com suas galáxias além correndo em todas as direções. Mas a força da gravidade poderia retardar essa expansão, e por isso os pesquisadores têm tentado descobrir o destino final do universo: se existe matéria suficiente para fazer com que um colapso dia em si, ou se vai expandir para sempre. Em 1998, duas equipas de astrónomos olhou através de um enorme abismo de tempo e espaço para responder a essa questão fundamental e até mesmo surpreender-se com o que encontraram.

The nature and ultimate fate of the universe have preoccupied philosophers and scientists for centuries. Scientists discovered decades ago that the universe is now expanding, with its galaxies rushing apart in all directions. But the pull of gravity could slow that expansion, and so researchers have tried to work out the final destiny of the cosmos: whether there is enough matter to cause it to one day collapse on itself, or whether it will expand forever. In 1998 two teams of astronomers peered across an enormous gulf of time and space to answer that fundamental question—and amazed even themselves with what they found.

Não só há muito pouco em matéria do universo para sempre parar a expansão por conta própria, mas o movimento exterior parece estar se acelerando, não abrandar. Ao mesmo tempo, a descoberta levanta questões tão profundas sobre a natureza do espaço que os cosmólogos estão se perguntando se o destino final do universo pode sempre ser dado como certo.

Not only is there too little matter in the universe to ever halt the expansion on its own, but the outward motion appears to be speeding up, not slowing down. At the same time, the finding raises such profound questions about the nature of space that cosmologists are wondering whether the ultimate fate of the universe can ever be known for certain.

Em um triunfo para a capacidade dos astrônomos olhar profundamente para o passado, as equipes independentes chegaram às suas conclusões através da observação distante estrelas explosivas conhecidas como supernovas que transformam-se surpreendentemente fraca, revelando uma aceleração que tem varrido-los a distâncias inesperadamente grande de Earth. Com estes resultados, atingindo bilhões de anos-luz no espaço, os astrônomos ganhou uma posição segura no trecho mais profundo e misterioso do passado cósmico. Chamamos as suas conclusões, que transformam a nossa visão do universo e representam novas questões fundamentais para a física, como Revelação do Ano de 1998.

In a triumph for astronomers' ability to look deep into the past, the independent teams came to their conclusions by observing far-off exploding stars called supernovae that turn out to be surprisingly dim, revealing an acceleration that has swept them to unexpectedly large distances from Earth. With these results, reaching billions of light-years into space, astronomers have gained a secure foothold in the deepest and most mysterious reaches of the cosmic past. We name their findings, which transform our view of the universe and pose fundamental new questions for physics, as Breakthrough of the Year for 1998.

Somando-se o drama da descoberta, a explicação mais simples para a expansão acelerada é uma energia estranha que em grandes escalas neutraliza a gravidade, fazendo questão de distância, uma idéia que Albert Einstein postulou em 1917 e posteriormente julgada improcedente. Este ano, as descobertas sugerem que a maior parte da energia do universo é desta forma, o que Einstein chamou a constante cosmológica, ou lambda. Porque a matéria ea energia são intercambiáveis, este enorme reservatório de energia significa que o universo da matéria, de mesas e cadeiras para as estrelas e aglomerados de galáxias, pode ser, mas a parte menor da criação.

Adding to the drama of the find, the simplest explanation for the accelerating expansion is a bizarre energy that on large scales counteracts gravity, pushing matter apart, an idea that Albert Einstein posited in 1917 and later rejected. This year's discoveries suggest that most of the energy of the universe is in this form, which Einstein called the cosmological constant, or lambda. Because matter and energy are interchangeable, this huge energy reservoir means that the universe of matter, from tables and chairs to stars and clusters of galaxies, may be but the minor portion of creation.

Estas implicações são tão profundas e perturbadoras que os astrônomos ao redor do mundo ainda estão tentando desmentir a afirmação, para descobrir qualquer coisa que pudesse criar uma falsa impressão de aceleração cósmica. Até à data não tiveram êxito, e assim os físicos estão se apressando para explicar a origem da energia cósmica. O símbolo lambda, λ, é mais uma vez, espalhados por equações nas revistas de astronomia e física, e os novos resultados inaugurou uma pequena indústria de pesquisas teóricas para possibilidades ainda mais peculiar para impulsionar a expansão.

These implications are so profound and unsettling that astronomers around the world are still trying to disprove the finding, to uncover anything that could create a false impression of cosmic acceleration. To date they have been unsuccessful, and so physicists are rushing to explain the origin of the cosmic energy. The lambda symbol, λ, is once again sprinkled throughout equations in the astronomy and physics journals, and the new results have inaugurated a small industry of theoretical searches for even quirkier possibilities for boosting the expansion.

De volta a 1917, quando Einstein propôs a constante, ele e outros cientistas achavam que o universo era estático, nem expansão nem entrar em colapso. Ele colocou a repulsão cósmica em suas equações para impedir que o universo de colapsar sobre si mesmo a partir da atração gravitacional da matéria dentro dele.

Back in 1917, when Einstein proposed the constant, he and other scientists thought that the universe was static, neither expanding nor collapsing. He put the cosmic repulsion into his equations to prevent the universe from collapsing on itself from the gravitational pull of the matter inside it.

 

Mas em 1929, o astrônomo Edwin Hubble teve olhou para os céus e surpreendeu o mundo científico de sua época, descobrindo que o universo é, de facto, em expansão. Nascido em um estado quente e denso chamado Big Bang, o cosmos tem sido comparada a uma exibição de fogos de artifício cujos momentos mais brilhantes estão por trás dele. Como cinzas desvanecimento em fogos de artifício, as galáxias que foram inicialmente próximos uns dos outros, hoje se afastando lentamente, enquanto os que começaram um pouco mais afastados estão voando longe uns dos outros em altas velocidades. Do nosso ponto de vista da Via Láctea, a velocidade com que qualquer outra galáxia está se afastando pode ser sincronizada com o "redshift" de sua luz, uma gota em freqüência e aumento semelhante comprimento de onda para o mergulho na altura do apito de um trem se afastando do apito.

But by 1929, astronomer Edwin Hubble had peered into the heavens and startled the scientific world of his day by discovering that the universe is in fact expanding. Born in a hot, dense state called the big bang, the cosmos has been likened to a display of fireworks whose most brilliant moments are behind it. Like fading cinders in the fireworks, galaxies that were initially close to each other are today drifting apart slowly, while those that began slightly further apart are flying away from each other at higher speeds. From our vantage point in the Milky Way, the speed at which any other galaxy is moving away can be clocked using the “redshift” of its light—a drop in frequency and increase in wavelength akin to the dip in pitch of a receding train's whistle.

Mas aferição da distância real de uma galáxia é difícil. Hubble conseguiu isso observando o brilho aparente de estrelas variáveis Cefeidas chamada, cujo brilho intrínseco é conhecida; destas estrelas assim podem ser usadas como "velas padrão" para medir a distância, como Cefeidas mais distantes parecem dimmer. Hubble comparou os redshifts com as distâncias e descobriu a expansão.

But gauging a galaxy's actual distance is difficult. Hubble managed it by observing the apparent brightness of stars called Cepheid variables, whose intrinsic brightness is known; these stars can thus be used as “standard candles” to measure distance, as more distant Cepheids appear dimmer. Hubble compared the redshifts with the distances and discovered the expansion.

Einstein aceitou Hubble encontrar. Mas ele argumentou que, se a expansão foi de uma relíquia de uma explosão primordial, a constante cosmológica, que ele sentiu feitas as equações wasnt-unaesthetic necessário.Ele desistiu da idéia e chamou-lhe o seu "maior erro".

Einstein accepted Hubble's find. But he reasoned that if the expansion was a relic of a primeval explosion, the cosmological constant—which he felt made the equations unaesthetic—wasn't needed. He withdrew the idea and called it his “biggest blunder.”

Como os cosmólogos continuou a trabalhar com a noção de um universo em expansão, eles concluíram que ao longo dos 12 - para 15 bilhões de anos de vida do universo, a expansão cairia um pouco, graças à força da gravidade que cada galáxia exerce sobre todos os outros . Mas manchar essa mudança requer um exame profundo para o passado, olhando para as estrelas cintilantes bilhões de anos-luz de distância, longe demais para Cepheids para ser visto.

As cosmologists continued to work with the notion of an expanding cosmos, they concluded that over the 12- to 15-billion-year life of the universe, the expansion would slow slightly, thanks to the pull of gravity that every galaxy exerts on every other. But spotting such a change requires probing deep into the past by looking at stars glittering billions of light-years away—too far away for Cepheids to be seen

Assim, para os últimos 20 anos, os astrónomos recorreu a um novo tipo de vela padrão: os mais brilhantes tipo de supernova, o que acontece quase da mesma maneira cada vez. Mas estes brilhantes, explosões maciças são raras, apenas dois ou três irromper em uma galáxia espiral típica por milênio. Para encontrar um número suficiente deles, os astrônomos fazem imagens eletrônicas de grandes áreas de céu em uma única noite, capturando dezenas de milhares de galáxias distantes e, em seguida a imagem da mesma área, algumas semanas depois. Depois que as imagens são sobrepostas e subtraídos em um computador, a qualquer novo salto supernovas e pode ser observado até eles irem embora.

So for the past 20 years, astronomers have turned to a new kind of standard candle: the brightest kind of supernova, which happens nearly the same way each time. But these bright, massive explosions are rare—only two or three erupt in a typical spiral galaxy per millennium. To find enough of them, astronomers make electronic images of large swaths of sky in a single night, capturing tens of thousands of distant galaxies, and then image the same areas a few weeks later. Once the images are overlaid and subtracted on a computer, any new supernovae leap out and can be observed until they fade away.

As duas equipes, ambas as quais têm membros na Europa, América Latina, Austrália e Estados Unidos, os dados coletados a supernova com o aumento da eficiência ao longo dos últimos anos, esperando para descobrir como a gravidade por muito estava retardando a expansão cósmica. No início deste ano, as duas equipes anunciaram que suas expectativas foram viradas de cabeça para baixo: A obscuridade relativa das supernovas mostram que eles são 10% a 15% mais longe do que o esperado, mesmo em um universo com pouca matéria, indicando que a expansão se acelerou mais bilhões de anos. No final do ano, com dezenas de supernovas analisados, publicados ou no prelo, estas conclusões válidas.

The two teams, both of which have members in Europe, Latin America, Australia, and the United States, collected their supernova data with increasing efficiency over the last few years, expecting to find out by how much gravity was slowing cosmic expansion. Early this year, both teams announced that their expectations had been turned upside down: The relative dimness of the supernovae showed that they are 10% to 15% farther out than expected even in a universe with little matter, indicating that the expansion has accelerated over billions of years. At year's end, with dozens of supernovae analyzed, published, or in press, those conclusions stand.

Esta constatação ressuscita uma repulsa misteriosa que neutraliza a gravidade, com lambda como o candidato mais provável. Houve sugestões anteriores, a partir das teorias da evolução cósmica e observações da estrutura em larga escala do universo, que o cosmos tem pouca massa e que pode haver uma lambda, mas a idéia foi geralmente considerada estranha. Agora lambda é respeitável, mais uma vez, e Einstein se confirma, embora por razões que ele não poderia ter previsto. Na verdade lambda parece ser dominante no universo: No quadro teórico mais simples, os dados de supernovas significa que 70% da energia do universo é na forma de lambda e apenas 30% é matéria.

 

That finding resurrects a mysterious repulsion that counteracts gravity, with lambda as the most likely candidate. There were earlier hints, from theories of cosmic evolution and observations of the large-scale structure of the universe, that the cosmos holds little mass and that there might be a lambda, but the idea was generally considered outlandish. Now lambda is respectable once more, and Einstein is proved right, albeit for reasons he could not have foreseen. In fact lambda appears to be dominant in the universe: In the simplest theoretical picture, the supernova data imply that 70% of the universe's energy is in the form of lambda and only 30% is matter.

Os físicos têm desde lambda interpretado como um efeito da mecânica quântica: a de que as partículas efêmeras e instáveis dentro e fora da existência no espaço "vazio" fornecer uma fonte de energia que dá espaço a sua elasticidade, empurrando-a distante. Mas, até agora, os cálculos sugerem que tal lambda deveria ser várias ordens de magnitude maior do que a supernova grupos viram. Esse enigma lançou uma pesquisa para os princípios da física nova, como as simetrias no tecido do espaço, que pode ajudar cancelar enorme em termos das equações. Outros candidatos para esta estranha energia, que vão por nomes como essência e matéria-X, também têm sido formuladas, como os físicos disputam o prêmio de explicar o que a maioria do universo é feito.E porque algumas dessas formas de energia podem mudar ao longo do tempo, os cosmólogos tornaram-se menos confiantes em declarar o destino do universo de centenas de bilhões de anos, portanto.

Physicists have since interpreted lambda as a quantum-mechanical effect: that the evanescent particles that flicker in and out of existence in “empty” space provide a well of energy that gives space its springiness, shoving it apart. But so far, calculations suggest that such a lambda should be many orders of magnitude larger than the supernova groups have seen. That puzzle has launched a search for new physics principles, such as symmetries in the fabric of space, that might help cancel out huge terms in the equations. Other candidates for this strange energy, which go by names like quintessence and X-matter, have also been put forth, as physicists vie for the prize of explaining what most of the universe is made of. And because some of those forms of energy may change over time, cosmologists have become less confident about declaring the fate of the universe hundreds of billions of years hence.

Na verdade, neste ponto a constante cosmológica permanece no reino da teoria, ninguém sabe ainda a natureza precisa da energia fazendo com que o universo de voar sempre mais além. Os astrónomos continuam a reunir dados e de pesquisa para qualquer outro efeito que a aceleração que pode explicar suas descobertas. Mas, apesar de seus esforços, eles não encontraram nenhuma razão para duvidar de seu trabalho. Embora a natureza do universo já foi principalmente no reino dos filósofos, em 1998, parece que a cosmologia é fundamentada em dados, como visões de supernovas distantes revelou a verdadeira natureza, e talvez o futuro do cosmos. Cientistas e filósofos ambos serão às voltas com as implicações para os próximos anos.

Indeed, at this point the cosmological constant remains in the realm of theory; no one yet knows the precise nature of the energy causing the universe to fly apart ever faster. Astronomers continue to gather data and to search for any effect other than acceleration that could explain their findings. But despite their efforts, they have found no reason to doubt their work. Although the nature of the universe was once chiefly the realm of philosophers, in 1998 it seems that cosmology is grounded in data, as visions of distant supernovae revealed the true nature—and perhaps the future—of the cosmos. Scientists and philosophers both will be grappling with the implications for years to come.

  • James Glanz
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