Estrelas que brilham no tempo: Beatrice Hill Tinsley

Beatrice Hill Tinsley

Beatrice Hill Tinsley
Créditos: Universidade de Yale.

Mais do que uma estrela, Beatrice Hill Tinsley foi uma supernova. Durante uma vida infelizmente breve, conseguiu escrever o princípio da biografia das galáxias, unindo diferentes domínios da Astronomia.

Falecida aos 40 anos, Beatrice Hill Tinsley é um astro que inspira muitas mulheres astrónomas. Foi notável a tenacidade com que perseguiu o seu desejo de adolescente de se dedicar ao estudo do Universo, não se resignando ao papel que a sociedade da época lhe quis impor.

Começou a atrair a atenção da comunidade astronómica em 1967, pouco depois de concluído o seu doutoramento. Com apenas 26 anos, durante uma palestra, confrontou o conhecido astrónomo Allan Sandage, herdeiro do trabalho de Edwin Hubble. Qual a razão de semelhante ousadia?

O princípio de uma história das galáxias

Nasceu em Inglaterra com o nome de Beatrice Hill em 1941, em plena Segunda Guerra Mundial. Pouco depois do final da guerra, os pais emigraram para a Nova Zelândia e Beatrice cresceu na cidade de New Plymouth. Desde adolescente que queria ser astrónoma. Formou-se em física, matemática e química pela Universidade de Canterbury.

Após o casamento, foi para os Estados Unidos com o marido Brian Tinsley, onde este tinha obtido um emprego na cidade de Dallas. Beatrice Tinsley inscreveu-se então no doutoramento em astronomia da Universidade do Texas, em Austin.

Galáxias num passado distante do Universo.
Galáxias num passado distante do Universo, observadas com o Telescópio Espacial Hubble.
Créditos:ESO

Foi pioneira no estudo da evolução dos enormes aglomerados de estrelas, gás e poeira a que chamamos galáxias. Reunindo o que se sabia sobre a evolução das estrelas – como se formam, evoluem e morrem – Tinsley quis saber como é que isso se reflete na evolução das próprias galáxias, e no aspeto que elas têm em cada fase dessa evolução.

No seu doutoramento mostrou que as galáxias mais longínquas, e que vemos portanto num momento recuado da história do Universo1, eram mais brilhantes do que são hoje. Tinham então mais estrelas jovens, e as estrelas jovens são mais brilhantes do que as estrelas envelhecidas.

Graças a esse trabalho desenvolveu os primeiros modelos da história das galáxias, e os astrónomos passaram a ter ferramentas para compreenderem melhor o passado e até o futuro do Universo.

Na década de 1970, mostrou ainda que, quando as galáxias interagem entre si e se fusionam, se iniciam novos episódios de intensa formação de estrelas. Devido a estas novas estrelas, estas galáxias tornam-se de novo mais brilhantes por algum tempo das suas vidas.

Sabendo também que as estrelas produzem dentro de si, ao longo da sua vida, elementos químicos pesados, que foram fundamentais para que se formassem planetas e formas de vida como nós, Beatrice Tinsley mostrou que as estrelas vão enriquecendo a sua galáxia com estes elementos.

Uma vez mais, as galáxias mais longínquas e recuadas na história do Universo, na sua fase jovem, tinham menos quantidade destes elementos pesados. As galáxias evoluídas que vemos a apenas alguns milhões de anos-luz de nós têm-nos em maior abundância. A abundância destes elementos pesados numa galáxia diz-nos algo sobre a idade da sua população estelar.

"Campo ultra profundo" do Hubble
“Campo ultra profundo” do Hubble, imagem obtida em 2004 com o telescópio espacial Hubble e que mostra as galáxias mais longínquas que é possível observar na luz visível nesta região do céu.
Créditos: NASA, ESA, and S. Beckwith (STScI) and the HUDF Team

Uma régua para o tempo

Tinsley produziu todos estes e outros resultados científicos graças à sua forma original e criativa de trabalhar. Teceu ligações entre diferentes domínios da astronomia, antes isolados, como os estudos de estrelas, de galáxias, e da própria história do Universo (a cosmologia), e até com outras áreas, como a física nuclear. Utilizou intensamente os computadores (em pleno desenvolvimento nas décadas de 60 e 70 do século XX) para testar as suas interpretações sobre as observações que os seus colegas faziam com os telescópios.

Graças a esse trabalho desenvolveu os primeiros modelos da história das galáxias, e os astrónomos passaram a ter ferramentas para compreenderem melhor o passado e até o futuro do Universo. Foi isso que a levou a provocar Allan Sandage.

Tinsley sabia que estas e outras galáxias foram mais brilhantes no passado. Allan Sandage, por as ver mais brilhantes do que pensava que eram, calculara erradamente que elas estavam mais perto de nós do que de facto estão.

Sandage determinava as distâncias a que se encontram certo tipo de galáxias, e também a velocidade com que elas se movem em relação a nós. Ao contrário de Tinsley, que estudava as galáxias, Sandage utilizava-as apenas como instrumento. Utilizava-as como uma régua para medir o espaço. Como se sabia que o Universo está em expansão, eram também uma régua para medir o tempo. O seu objetivo era conhecer a rapidez com que o Universo se está a expandir, o que nos permite dizer a sua idade, e prever o seu futuro.

A história da história do Universo

Desde 1929 que se sabia que o Universo está em expansão, com a publicação das observações das velocidades de galáxias realizadas pelo norte-americano Edwin Hubble.

Georges Lemaître
O físico teórico belga, Georges Lemaître.

A melhor descrição do Universo em expansão realizada até à data tinha sido feita em 1925 por Georges Lemaître, físico teórico de nacionalidade belga. Lemaître fez mesmo o exercício teórico de recuar no tempo e de imaginar o percurso inverso da expansão. Propôs então que o Universo teria tido uma origem num ponto ínfimo e muito denso.

Foi o físico Georgiy Gamov, nascido na Ucrânia (conhecido por George Gamow após se naturalizar americano), que se dedicou a estudar as condições desse Universo primordial. Na década de 1940 concluiu que ainda hoje seria possível observar a luz libertada nesse início dos tempos, uma luz fóssil hoje muito “fria”. Essa luz, na gama das microondas, foi observada em 1965, inteiramente por acaso, por dois engenheiros dos Laboratórios Bell, nos EUA, confirmando a teoria de Gamov.

Na década de 1960, conhecia-se assim o passado do Universo, nascido de um fenómeno quente e denso (a que o astrofísico britânico Fred Hoyle deu o nome sarcástico Big Bang). E sabia-se que o Universo agora está em expansão. Allan Sandage queria conhecer-lhe o futuro.

Viagem sem regresso

Iria o Universo expandir-se para sempre, vencendo a gravidade? Ou começaria a certa altura a abrandar, invertendo o movimento e dando lugar a uma contração? Sandage estava inclinado para este segundo cenário, mas Beatrice Tinsley, que estudara a história das galáxias, estava convencida de que ele estava errado.

Sandage utilizava um tipo de galáxias, designadas elípticas, como uma referência constante através do tempo cósmico. Assumia que as galáxias elípticas que vemos perto da nossa galáxia são praticamente iguais àquelas que vemos muito longe, no passado do Universo.

Galáxia elíptica NGC 3610
A galáxia NGC 3610 é uma galáxia elíptica. É também um exemplar que permite o estudo das primeiras fases de evolução deste tipo de galáxias.
Créditos: ESA/Hubble & NASA, Acknowledgement: Judy Schmidt (Geckzilla

Pelo contrário, Tinsley sabia que estas e outras galáxias foram mais brilhantes no passado. Allan Sandage, por as ver mais brilhantes do que pensava que eram, calculara erradamente que elas estavam mais perto de nós do que de facto estão.

Na década de 1970, Beatrice Tinsley e os seus colegas mostraram que o Universo está em expansão irreversível, ou seja, que se irá expandir para sempre. Mais do que isso, nos anos 90, quando ela já não estava entre nós, um projeto internacional revelou que o Universo se está a expandir de forma acelerada, impulsionado por uma força até hoje desconhecida, a que os cientistas deram o nome de energia escura.

Um final abrupto

Apesar do reconhecimento que Beatrice Hill Tinsley ganhara na comunidade astronómica, a Universidade do Texas continuou sem lhe oferecer oportunidades de carreira. Divorciara-se entretanto do seu marido, e tomou a difícil decisão de desistir da custódia dos dois filhos adotivos para aceitar, em 1975, uma posição na Universidade de Yale, a norte de Nova Iorque, muito longe de Dallas.

Foi a primeira professora de astronomia nesta universidade, mas infelizmente por pouco tempo. Em 1978 descobriu um cancro de pele maligno, um melanoma. Beatrice Hill Tinsley faleceu em 1981, com 40 anos. É extraordinária a sua produção científica em menos de duas décadas anos.

Uma peça de teatro, com o título Bright Star, foi inspirada na sua vida. Há na Nova Zelândia uma montanha denominada, desde 2010, em sua honra: o Mount Tinsley que, ironicamente, tem o apelido do marido de quem Beatrice se divorciou.

Mount Tinsley, Nova Zelândia
Mount Tinsley, Nova Zelândia
Créditos: Motorau

Notas

1. A luz destas galáxias viajou pelo espaço durante milhares de milhões de anos para chegar até nós. Por isso as vemos como eram há milhares de milhões de anos.

O Instituto de Astrofísica e Ciências do Espaço associa-se à celebração dos 100 anos da União Astronómica Internacional (IAU) através de várias iniciativas ao longo de 2019. Uma delas consiste na rubrica “Estrelas que brilham no tempo”, em que recordaremos figuras importantes na história da astronomia dos últimos 100 anos. Esta rubrica será objeto de uma breve apresentação no início de cada uma das sessões das Noites no Observatório durante o ano de 2019.