29 jun Cosmos para Curiosos #7: qual é a temperatura do espaço?

Quando pensamos no espaço sideral, uma das primeiras imagens que nos vêm à mente é a de um ambiente frio, escuro e silencioso. Mas, afinal, qual é a temperatura do espaço?  

A resposta não é tão simples quanto parece. Isso porque o espaço não é um ambiente homogêneo: sua temperatura varia dependendo drasticamente de onde se mede, do que se está medindo e de como se faz essa medição.

Nuvem molecular Barnard 68. (Fonte: NASA)

Na Terra, estamos acostumados a medir a temperatura do ar ao nosso redor, que contém moléculas em constante movimento. No vácuo quase absoluto do espaço interestelar, porém, há pouquíssimas partículas por metro cúbico. Nessas condições, a temperatura não se refere ao ar, mas sim à energia térmica dos corpos ou partículas existentes e à radiação que permeia o espaço.

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Uma das formas mais fundamentais de se medir a temperatura do espaço é por meio da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB). Essa radiação é o eco térmico do Big Bang, emitido cerca de 380 mil anos após o nascimento do Universo. 

Ao medir o espectro dessa radiação, os astrônomos determinaram sua temperatura com altíssima precisão: 2,725 K, ou seja, cerca de −270,425 °C. Isso é apenas 2,7 graus acima do zero absoluto, a menor temperatura possível na física.

Mapa de temperatura da radiação cósmica de fundo. (Fonte: NASA/Planck)

Os cientistas usam diferentes técnicas para medir a temperatura no espaço, dependendo da região observada, são elas:

Espectroscopia: analisando a luz (ou outra radiação) emitida ou absorvida por gases e objetos no espaço, é possível inferir suas temperaturas.Detecção de radiação infravermelha: usada para medir o calor emitido por planetas, luas, estrelas e nuvens de poeira interestelar.Observação da CMB: satélites como o COBE, WMAP e Planck mediram as pequenas variações da temperatura da radiação cósmica de fundo.Sondas espaciais: instrumentos a bordo de espaçonaves como a Voyager ou New Horizons podem medir diretamente a temperatura das partículas do meio interestelar e interplanetário.

Embora a CMB forneça uma medida de temperatura média do espaço vazio, há locais ainda mais frios no cosmos:

Nebulosas escuras: são regiões densas de gás e poeira onde a luz das estrelas não penetra. Algumas partes dessas nuvens podem atingir temperaturas abaixo de 10 K.O vazio de Boötes: essa é uma enorme região do Universo com pouquíssimas galáxias. Embora não possamos medir diretamente sua temperatura, acredita-se que seja extremamente fria devido à escassez de fontes de energia.A Nebulosa da Hélice (NGC 7293): contém regiões com temperaturas da ordem de 1 K, mais frias que a radiação cósmica, devido a sombras criadas por material denso bloqueando a radiação. A Nebulosa de Boomerang: é atualmente o lugar mais frio já detectado naturalmente no Universo, a cerca de 5 mil anos-luz da Terra. Sua temperatura é de apenas 1 K (-272 °C) — mais fria que a CMB. Acredita-se que isso ocorra devido à rápida expansão do gás nela contido, em um efeito semelhante ao resfriamento de um spray de aerossol.A Nebulosa de Boomerang é o lugar mais frio do Universo atualmente. (Fonte: NASA)

Apesar da média extremamente baixa, nem todo o espaço é gelado. Estrelas, galáxias ativas e outros corpos irradiam calor, por isso, algumas regiões são incrivelmente quentes: o interior das estrelas que pode atingir milhões de graus Kelvin; regiões próximas a buracos negros ativos, como discos de acreção, que podem alcançar centenas de milhões de Kelvin; o gás entre galáxias em aglomerados (conhecido como gás intra-aglomerado), que pode chegar a 100 milhões de K, embora seja extremamente rarefeito, etc.

Desse modo, a temperatura do espaço depende fortemente do ambiente específico. O espaço interestelar, interestelar e intergaláctico são frios, mas regiões próximas a fontes de energia podem ser intensamente quentes. 

Medir e compreender essas variações é essencial para a astrofísica, pois nos permite reconstruir a história térmica do Universo, identificar estruturas cósmicas e planejar a exploração espacial com segurança e eficiência.  
 

Nas proximidades de um buraco negro, as temperaturas podem chegar a valores altíssimos. (Fonte: NASA)

O frio extremo do espaço, por exemplo, apresenta sérios desafios para a engenharia de espaçonaves. Satélites e sondas precisam ser cuidadosamente isolados termicamente, com painéis e sistemas de aquecimento para manter seus instrumentos operacionais. Por outro lado, a ausência de atmosfera torna a dissipação de calor mais difícil, exigindo sistemas complexos de controle térmico.

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No vasto e complexo universo em que vivemos, o calor e o frio contam histórias diferentes — da origem do cosmos às mais enérgicas explosões estelares. Ao explorarmos essas temperaturas extremas, aprendemos mais sobre os limites da física e sobre os fatores que possibilitam e dificultam a nossa própria existência no meio da imensidão cósmica.