As treze escalas que definem nosso universo físico

A jornada das escalas macroscópicas para subatômicas abrange muitas ordens de magnitude, mas descer pequenos degraus pode tornar cada nova escala mais acessível do que a anterior. Os seres humanos são feitos de órgãos, células, organelas, moléculas e átomos, depois elétrons e núcleos, depois prótons e nêutrons, depois quarks e glúons dentro. Este é o limite de até onde sondamos a natureza.

À direita, estão ilustrados os bósons medidos, que medeiam as três forças quânticas fundamentais do nosso universo. Há apenas um fóton que medeia a força eletromagnética, há três bósons que medeiam a força fraca e oito que medeiam a força forte. Isso indica que o Modelo Padrão é uma mistura de três grupos: U(1), SU(2) e SU(3), cujas interações e partículas se combinam para formar tudo o que se sabe que existe. O tamanho de cada uma das partículas fundamentais conhecidas não pode ser maior que cerca de ~10^-19 μm.

Quando dois prótons, cada um composto de três quarks unidos por glúons, interagem, é possível que eles se fundam em um estado composto, dependendo de suas propriedades. A possibilidade mais comum e comprovada é a produção de um dêuteron, feito de um próton e um nêutron, o que exigiria a emissão de um neutrino, um pósitron e possivelmente também um fóton.

Mesmo que você mesmo seja feito de átomos, o que você sente como um “toque” não requer necessariamente que outro átomo externo realmente entre em contato com os átomos do seu corpo. Aproximar-se o suficiente para exercer força não é apenas insuficiente, é a ocorrência mais comum.

Moléculas, exemplos de moléculas de matéria unidas em formações complexas, adquirem as formas e estruturas que possuem por causa das forças eletromagnéticas que existem entre seus átomos e elétrons constituintes. A variedade de estruturas que podem ser criadas é quase ilimitada.

Esta imagem do microscópio eletrônico de tunelamento mostra algumas amostras da cianobactéria Prochlorococcus marinus. Cada um desses organismos tem apenas cerca de meio mícron de tamanho, mas todas as cianobactérias são amplamente responsáveis ​​pela formação de oxigênio na Terra: no início e até os dias atuais. Como todas as bactérias, sua vida é muito mais curta que a de uma pessoa.

Em corpos de água quentes e rasos, os flamingos cor-de-rosa podem ser encontrados vagando, se arrumando e procurando por comida. A falta de pigmentos carotenóides em seu suprimento alimentar, que é observada em alguns (mas não em todos) dos flamingos mostrados aqui, faz com que muitos desses flamingos sejam mais próximos do branco do que do rosa ou vermelho estereotipados, mas o comportamento de ficar de pé em um pé em vez de dois, ele conseguiu reduzir a perda de calor corporal quase pela metade.

Esta seleção de asteróides e cometas visitados por espaçonaves abrange várias escalas de tamanho, desde objetos com menos de um quilômetro até objetos com mais de 100 quilômetros de um lado. No entanto, nenhum desses objetos tem massa suficiente para puxá-los para uma forma circular. A gravidade pode mantê-los juntos, mas as forças eletromagnéticas são as principais responsáveis ​​por suas formas.

Agora que Saturno foi fotografado pelo JWST, a primeira “foto de família” dos mundos gigantes gasosos vistos pelos olhos do JWST pode ser formada. Aqui, cada planeta é mostrado em um tamanho angular calibrado para como eles aparecem em relação um ao outro conforme visto pelo JWST. Os planetas podem ter o dobro do tamanho de Júpiter, mas podem ter 1000 km ou até menos.

Ilustração da Nuvem de Oort interna e externa em torno do nosso Sol. Enquanto a Nuvem de Oort interna é em forma de anel, a Nuvem de Oort externa é esférica. A verdadeira extensão da Nuvem de Oort exterior pode ser inferior a 1 ano-luz ou superior a 3 anos-luz; Há uma grande incerteza aqui. Qualquer objeto massivo que passe pela Nuvem de Oort tem uma grande chance de perturbar objetos em sua vizinhança.

Embora existam muitos exemplos de muitas galáxias na mesma região do espaço, geralmente ocorre entre apenas duas galáxias ou em regiões muito densas do espaço, como os centros de aglomerados de galáxias. Ver 5 galáxias interagindo em um espaço a menos de um milhão de anos-luz de distância é extremamente raro, capturado com detalhes fantásticos pelo Hubble aqui. Como todas essas galáxias ainda estão formando novas estrelas, todas elas são classificadas como “vivas” pelos astrônomos.

Entre os grandes aglomerados e filamentos do universo existem grandes vazios cósmicos, alguns dos quais podem abranger centenas de milhões de anos-luz de diâmetro. Enquanto alguns vazios são maiores em extensão do que outros, abrangendo um bilhão de anos-luz ou mais, todos eles contêm matéria em algum nível. Mesmo o vazio que inclui MCG+01–02–015, a galáxia mais solitária do universo, provavelmente contém pequenas galáxias superficiais de baixo brilho que estão abaixo do limite de detecção atual de telescópios como o Hubble.

Em escalas maiores, a maneira como as galáxias se agrupam em observações (azul e violeta) não pode corresponder às simulações (vermelho), a menos que a matéria escura seja incluída. Embora existam maneiras de reproduzir esse tipo de estrutura sem incluir especificamente a matéria escura, como adicionar um tipo específico de campo, essas substituições parecem suspeitamente indistinguíveis da matéria escura ou falham em reproduzir uma das muitas observações que suportam a matéria escura.

Na cosmologia moderna, o universo é pontuado por uma extensa rede de matéria escura e matéria comum. Em escalas de galáxias individuais e menores, as estruturas formadas pela matéria são altamente não lineares, com densidades que se desviam das densidades médias em quantidades enormes. No entanto, em escalas muito grandes, a densidade de qualquer região do espaço é muito próxima da densidade média: a precisão é de cerca de 99,99%.

Este mapa logarítmico do universo orientado verticalmente abrange quase 20 ordens de magnitude, levando-nos do planeta Terra até a borda do universo visível. Cada ‘marca’ grande na barra de escala do lado direito corresponde a um aumento nas escalas de distância por um fator de 10.