Por que tudo no Universo gira? Dos planetas às galáxias

Tantos objetos no Universo giram porque se formaram a partir de matéria que já se movia e porque esse movimento não desaparece sozinho. A gravidade reúne a matéria; a conservação do momento angular ajuda a manter e, durante a contração, intensificar sua rotação. É uma combinação que aparece na formação de estrelas, planetas e discos.

A Terra gira enquanto percorre sua órbita. O Sol também gira e viaja pela Via Láctea. Nas fotografias de galáxias espirais, enormes conjuntos de estrelas parecem desenhar redemoinhos. O céu que nos transmite tranquilidade está cheio de movimento.

Mas a expressão “tudo no Universo gira” é uma pergunta de partida, não uma regra sem exceções. Os astros não giram todos do mesmo jeito, e não há uma rotação global do cosmos estabelecida pelas observações.

De onde veio o primeiro giro dos planetas?

Antes de existir um planeta, existe matéria dispersa. Nuvens de gás e poeira têm movimentos internos, turbulência e interações com o ambiente. Não é necessário imaginar uma nuvem perfeitamente parada que recebeu um empurrão único.

Quando a gravidade começa a concentrar esse material, movimentos em sentidos diferentes podem se compensar parcialmente. Um pequeno desequilíbrio, porém, deixa o conjunto com momento angular: uma medida associada ao seu movimento de rotação ou orbital.

O Sistema Solar nasceu há cerca de 4,6 bilhões de anos de uma nuvem que se contraiu e formou um disco em rotação. O Sol surgiu na região central, e os planetas cresceram a partir do material ao redor. Seus movimentos atuais conservam marcas dessa história, modificadas por colisões e interações posteriores.

NASA: como o Sistema Solar se formou

O que é conservação do momento angular?

Pense em uma patinadora que já está girando e aproxima os braços do corpo. Ela passa a girar mais depressa. Ao estendê-los, pode diminuir o ritmo. A distribuição de massa mudou, mesmo sem alguém lhe dar um novo impulso de rotação.

Essa é a ideia essencial da conservação do momento angular. Se não há um torque externo resultante — uma ação capaz de alterar o giro do sistema —, seu momento angular total permanece constante. Concentrar a massa mais perto do eixo pode aumentar a velocidade de rotação.

Algo semelhante acontece quando uma nuvem em rotação se contrai. A gravidade aproxima o material e a rotação pode acelerar. Ela não surge do nada: um movimento inicial discreto pode se tornar muito mais evidente.

Nuvens reais são mais complicadas que uma patinadora. Matéria pode entrar e sair, e campos magnéticos e interações gravitacionais podem transportar momento angular. A analogia explica o princípio, sem substituir toda a física da formação estelar.

OpenStax: conservação do momento angular

Girar e orbitar são a mesma coisa?

Não. Rotação é o giro de um corpo sobre o próprio eixo. Movimento orbital é a trajetória que ele percorre em torno de outro corpo ou do centro de massa de um sistema. A Terra faz os dois ao mesmo tempo.

Para uma órbita, a gravidade desvia continuamente a trajetória de um objeto que já tem velocidade lateral. Ele não precisa receber um empurrão para a frente a cada volta. Em uma órbita estável, essa combinação permite que continue contornando o sistema em vez de cair diretamente sobre o corpo central.

Isso também explica por que a gravidade, sozinha, não é uma resposta completa para a origem da rotação: importa como a matéria se movia e estava distribuída antes de formar o astro.

Conheça os planetas e a estrutura do Sistema Solar

Por que a Terra continua girando e não para?

Na experiência cotidiana, um pião perde velocidade porque interage com o chão e com o ar. Isso nos acostuma à ideia de que todo movimento precisa ser alimentado para continuar.

A Terra não gira apoiada em uma superfície que a freia como um pião. Também não precisa de um motor mantendo sua rotação. Na ausência de um torque capaz de modificá-la, o movimento persiste.

Isso não significa que o giro terrestre seja imutável. As interações de maré, especialmente com a Lua, alteram a rotação ao longo do tempo. Parte do momento angular da rotação terrestre é transferida para a órbita lunar, enquanto parte da energia mecânica se dissipa.

Portanto, a resposta não é simplesmente “no espaço não existe atrito”. Existem processos que modificam rotações; eles atuam em condições e escalas de tempo muito diferentes das de um brinquedo sobre uma mesa.

Todos os planetas giram na mesma direção?

Os oito planetas percorrem suas órbitas ao redor do Sol no mesmo sentido geral. Esse padrão é uma pista do disco em que nasceram. Já o giro sobre o próprio eixo apresenta diferenças marcantes.

Vênus tem rotação retrógrada: gira no sentido oposto ao da maioria dos planetas. Leva cerca de 243 dias terrestres para completar uma rotação em relação às estrelas. Esse período não deve ser confundido com o intervalo entre dois nasceres do Sol em Vênus.

Urano tem o eixo inclinado cerca de 98 graus em relação à perpendicular ao plano de sua órbita. É como se girasse deitado. Grandes impactos estão entre as hipóteses para explicar essa configuração.

Esses mundos mostram que o movimento herdado da formação pode ser profundamente transformado. Colisões, marés e outras interações ajudam a escrever a história particular de cada planeta.

NASA: a rotação e a inclinação de Urano

O Sol também gira? E a Via Láctea?

Sim, o Sol gira sobre seu próprio eixo. Como não é uma esfera sólida, suas regiões não precisam completar a volta juntas: perto do equador, a rotação leva aproximadamente 25 dias terrestres; nas regiões polares, cerca de 36 dias.

Além disso, o Sol percorre uma órbita ao redor do centro da Via Láctea, acompanhado pelo Sistema Solar. Uma volta leva aproximadamente 230 milhões de anos. Nossa história como espécie ocupa apenas uma pequena fração dessa viagem.

O movimento pela galáxia responde à gravidade de sua distribuição de massa, incluindo estrelas, gás e matéria escura. Seria enganoso imaginar que o buraco negro central, sozinho, mantém toda a Via Láctea girando como o Sol mantém os planetas em órbita.

Também não existe uma única engrenagem galáctica. Estrelas e gás têm órbitas próprias, e partes diferentes do disco não giram como pontos de um disco rígido.

NASA: rotação do Sol e sua viagem pela Via Láctea

Os braços de uma galáxia são um redemoinho de estrelas?

A imagem de abertura mostra NGC 1566, uma galáxia espiral registrada pelo Hubble. Seus braços desenham curvas impressionantes, mas uma fotografia isolada não revela diretamente o movimento de cada estrela.

Os braços espirais são estruturas de maior concentração de matéria e formação estelar. Em modelos de ondas de densidade, estrelas e gás podem atravessar esse padrão. Não são trilhos que carregam sempre as mesmas estrelas presas a eles.

Medir como a matéria se move nas galáxias permite estudar sua gravidade. As velocidades observadas nas regiões externas foram uma das pistas fundamentais para a existência de mais massa do que aquela que conseguimos identificar apenas pela luz.

OpenStax: como interpretar os braços espirais

O Universo inteiro gira em torno de alguma coisa?

A rotação de seus componentes não demonstra que o Universo, como um todo, esteja girando. Uma galáxia possui um centro e pode ter um eixo de rotação bem definido; não podemos simplesmente ampliar essa imagem para todo o cosmos.

Há modelos cosmológicos que permitem rotação global, mas essa possibilidade precisa ser testada. Estudos da radiação cósmica de fundo, como a análise de dados do Planck publicada por Daniela Saadeh e colaboradores em 2016, impõem limites muito rigorosos a determinados tipos de rotação e expansão diferentes conforme a direção.

O modelo cosmológico padrão não exige um centro ao redor do qual todas as galáxias orbitam. A expansão do espaço é outro fenômeno, distinto do giro de um planeta ou de um disco galáctico.

A conclusão é mais interessante do que uma engrenagem universal: estruturas diferentes guardam histórias de movimento próprias, conectadas pelas mesmas leis físicas.

Estudo científico: How isotropic is the Universe?

Um céu aparentemente parado, uma história em movimento

Quando vemos o Sol atravessar o céu, percebemos principalmente um efeito da rotação terrestre. Quando olhamos uma galáxia distante, enxergamos a luz de uma estrutura cujos movimentos se desenrolam em escalas enormes.

A pergunta que guia o vídeo do Além da Matéria abre uma viagem por essas escalas. O movimento dos astros carrega pistas de como nasceram, do que encontraram pelo caminho e das forças que continuam transformando sua história.