James Webb vê bilhões de anos no passado, mas isso não é viagem no tempo

A ideia parece coisa de ficção científica: um telescópio aponta para o céu e mostra galáxias como elas eram bilhões de anos atrás. Só que o James Webb não está voltando no tempo. O que acontece é mais simples e, ao mesmo tempo, mais impressionante: a luz leva tempo para chegar até nós.

Tudo o que enxergamos chega com algum atraso. Na rotina isso passa despercebido porque a luz é extremamente rápida. Ela percorre cerca de 300 mil quilômetros por segundo. Em uma sala, esse atraso é irrelevante. Na escala do universo, ele vira parte da história que estamos vendo.

A luz da Lua demora cerca de 1,3 segundo para chegar à Terra. A luz do Sol leva pouco mais de oito minutos. Quando você olha para Andrômeda, a grande galáxia vizinha da Via Láctea, está recebendo luz que viajou por milhões de anos. Com as galáxias mais distantes observadas por telescópios modernos, essa viagem passa de 13 bilhões de anos.

Ver longe também é ver cedo

Pense em uma fotografia enviada por correio. A imagem mostra como alguma coisa era no momento em que a foto foi feita, não como ela está quando o envelope chega. A luz funciona de forma parecida. Ela sai de uma estrela ou galáxia carregando informação sobre aquele momento e segue viajando pelo espaço até alcançar nossos instrumentos.

Por isso, quanto mais distante está o objeto, mais antiga é a imagem que recebemos dele.

Esse detalhe muda a forma de entender um telescópio. Ele não serve apenas para aproximar coisas que estão muito longe. Ele também permite observar diferentes capítulos da história cósmica. Quando o Webb detecta uma galáxia extremamente distante, os astrônomos não estão apenas medindo um ponto remoto do espaço. Estão vendo uma época em que o universo era muito mais jovem.

Existe uma pequena pegadinha de linguagem aqui. Dizer que uma galáxia está a “13 bilhões de anos-luz” e dizer que sua luz viajou por 13 bilhões de anos não são exatamente a mesma coisa em um universo que está se expandindo. As distâncias cosmológicas mudam enquanto a luz viaja. Para entender a ideia geral, porém, o ponto principal continua válido: a imagem que chega até nós é antiga.

Então por que não usar qualquer telescópio?

Porque a luz dessas primeiras galáxias chega muito fraca e também chega diferente de como saiu.

O universo está se expandindo. Enquanto a luz atravessa esse espaço em expansão, seu comprimento de onda também é esticado. Esse efeito é chamado de desvio para o vermelho, ou redshift. Quanto mais distante e antiga é uma galáxia, mais forte pode ser esse deslocamento.

Uma parte da luz que nasceu como ultravioleta ou luz visível chega à região do infravermelho depois de viajar por bilhões de anos. É justamente aí que o James Webb tem uma grande vantagem.

Seus instrumentos foram projetados para observar principalmente no infravermelho próximo e médio. Segundo a NASA, o observatório trabalha aproximadamente entre 0,6 e 28 micrômetros. Essa faixa permite procurar sinais de objetos muito antigos, além de observar regiões escondidas por poeira que bloquearia parte da luz visível.

O espelho enorme também faz diferença

O Webb tem um espelho primário de 6,5 metros formado por 18 segmentos hexagonais. Um espelho grande consegue coletar mais luz. Isso é decisivo quando o alvo é uma galáxia tão distante que chega até nós como um sinal extremamente tênue.

Não basta, portanto, “dar zoom”. O telescópio precisa reunir fótons suficientes e separá-los com instrumentos muito sensíveis. Também precisa operar frio para que o próprio calor do observatório não atrapalhe as medições no infravermelho.

É por isso que o Webb usa um enorme escudo solar e opera perto do ponto de Lagrange L2, a cerca de 1,5 milhão de quilômetros da Terra. O local ajuda a manter Sol, Terra e Lua do mesmo lado do observatório, facilitando o bloqueio do calor e da luz desses corpos.

E sim, é daí que vem o nome Ponto L2.

A imagem profunda do Webb não mostra uma única época

Um dos primeiros exemplos famosos do poder do James Webb foi o campo profundo apontado para o aglomerado de galáxias SMACS 0723. Ela parece uma coleção gigantesca de estrelas e galáxias, mas os objetos ali não estão todos à mesma distância.

Algumas galáxias estão muito mais perto de nós. Outras estão atrás do aglomerado principal e aparecem distorcidas porque a massa do aglomerado curva a trajetória da luz. Esse fenômeno, chamado de lente gravitacional, pode ampliar objetos ainda mais distantes.

Ou seja, uma única imagem pode misturar luz de diferentes épocas da história do universo.

O resultado lembra uma fotografia de família em que cada pessoa tivesse sido registrada em um ano diferente. Só que, no caso, a diferença entre alguns dos “retratos” é medida em bilhões de anos.

O Webb consegue ver o Big Bang?

Não. E essa diferença é importante.

O universo muito jovem passou por uma fase em que era quente, denso e opaco à luz que hoje conseguimos observar. A radiação mais antiga que podemos detectar diretamente com luz é a radiação cósmica de fundo, liberada quando o universo tinha cerca de 380 mil anos. Ela hoje aparece principalmente em micro-ondas, não na faixa para a qual o Webb foi projetado.

O objetivo do Webb é estudar uma época posterior, quando as primeiras estrelas e galáxias começaram a surgir. A NASA chama parte desse período de amanhecer cósmico.

Isso já é extraordinariamente cedo. Algumas das galáxias observadas pelo Webb existiam quando o universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos.

Ele está vendo o que existe lá hoje?

Não diretamente.

A galáxia que vemos em uma imagem muito distante continuou existindo e mudando durante todo o tempo em que sua luz viajou até nós. Ela pode ter crescido, se fundido com outras galáxias, formado novas estrelas ou até assumido uma aparência completamente diferente.

Nós simplesmente ainda não recebemos essa informação mais recente.

É uma das partes mais estranhas da astronomia: não existe uma fotografia instantânea de todo o universo “agora”. Cada distância corresponde a um atraso diferente. O céu é uma mistura de tempos.

E por que isso importa tanto?

Porque permite testar como o universo chegou ao estado atual.

Astrônomos podem comparar galáxias muito antigas com galáxias mais recentes e procurar padrões. Quando começaram a se organizar? Como cresceram tão rápido? Quando apareceram elementos mais pesados? Como surgiram os primeiros buracos negros grandes?

O James Webb não responde tudo sozinho. Muitas descobertas precisam ser combinadas com observações de outros telescópios, modelos físicos e espectroscopia, que ajuda a identificar composição química, temperatura e movimento.

Esse trabalho conjunto também está na proposta do telescópio Roman, projetado para mapear grandes áreas do céu. Seus levantamentos podem encontrar alvos para o Webb estudar em mais detalhe. Veja também por que Roman e James Webb foram feitos para tarefas diferentes.

Mas ele abriu uma janela extremamente sensível para uma parte da história cósmica que antes era difícil demais de enxergar.

No fim, a explicação para “ver o passado” cabe em uma frase: a luz não chega instantaneamente. O que transforma essa ideia simples em ciência de ponta é conseguir detectar uma quantidade minúscula dessa luz depois de uma viagem que começou bilhões de anos antes de existir qualquer ser humano olhando para o céu.