Entendendo o Big Bang: a origem e evolução do universo

A teoria amplamente aceita para a origem e evolução do nosso universo é o modelo do Big Bang, que afirma que o universo começou como um ponto denso incrivelmente quente cerca de 13,7 bilhões de anos. Então, como é que o universo evoluiu de alguns milímetros de diâmetro para o que é hoje?

Como tudo começou

O Big Bang não foi uma explosão no espaço, como o nome da teoria sugere, e sim uma expansão. De acordo com a teoria do Big Bang, o universo nasceu como um muito ponto muito quente, denso e único no espaço, chamado singularidade e semelhante ao que é encontrado no interior dos buracos negros.

Os cosmólogos não tem certeza do que aconteceu antes deste momento, mas com missões espaciais sofisticadas, telescópios terrestres e cálculos complicados, os cientistas têm trabalhado para pintar uma imagem mais clara do início do universo e sua formação.

Uma parte fundamental desses estudos vem de observações da chamada radiação cósmica de fundo, que contém o brilho da luz e da radiação remanescente do Big Bang. Esta relíquia do Big Bang permeia o universo e é visível a detectores de microondas, que permite aos cientistas juntar pistas do início do universo.

Em 2001, a NASA lançou a missão Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) para estudar as condições que existiam no início do universo através da medição da radiação cósmica de fundo em microondas. Entre outras descobertas, o WMAP foi capaz de determinar a idade do Universo – cerca de 13,7 bilhões de anos.

O crescimento inicial

Quando o universo era muito jovem – algo como um centésimo de bilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo – ele passou por um incrível surto de crescimento. Durante esse surto de expansão, que é conhecido como inflação, o universo cresceu exponencialmente e dobrou de tamanho, pelo menos, 90 vezes.

“O universo estava se expandindo, e conforme ele se expandia, menos quente e denso ele ficava”, explicou David Spergel, astrofísico teórico da Universidade de Princeton, em Nova Jersey, EUA.

Depois da inflação, o universo continuou a crescer, mas a um ritmo mais lento. Conforme o espaço ampliou, o universo esfriou e a matéria começou a surgir.

Quente demais para brilhar

Elementos químicos leves foram criados nos primeiros três minutos de formação do universo. À medida que o universo se expandiu, as temperaturas esfriaram e prótons e nêutrons se colidiram para formar o deutério, que é um isótopo do hidrogênio. Grande parte deste deutério se combinou para formar o hélio. [Veja também: Modelo padrão: uma visão geral da física de partículas]

Durante os primeiros 380 mil anos após o Big Bang, no entanto, o calor intenso desde a criação do universo era essencialmente alto para que a luz brilhasse. Átomos se chocaram com força suficiente para romper-se em um plasma denso e opaco de prótons, nêutrons e elétrons que dispersaram a luz como neblina.

E a luz finalmente brilha

Cerca de 380 mil anos após o Big Bang, a matéria resfriou o suficiente para que os elétrons se combinassem com os núcleos para formar átomos neutros. Esta fase é conhecida como “recombinação”, e a absorção de elétrons livres permitiu que o universo se tornasse transparente. A luz que se desencadeou neste momento é detectável hoje sob a forma da radiação cósmica de fundo em microondas.

No entanto, a era da recombinação foi seguida por um período de trevas antes das estrelas e outros objetos brilhantes se formarem.

Emergindo da era das trevas cósmica

Cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang, o universo começou a sair de sua idade das trevas. Este período na evolução do universo é chamado de “a idade de re-ionização”.

Acredita-se que esta fase dinâmica durou mais de meio bilhão de anos, mas com base em novas observações, os cientistas pensam que a re-ionização pode ter ocorrido mais rapidamente do que se pensava anteriormente.

Durante este período, aglomerados de gás entraram em colapso para formar as primeiras estrelas e galáxias. A luz ultravioleta emitida a partir desses eventos energéticos destruiu a maior parte do gás hidrogênio neutro circundante. O processo de re-ionização, junto com a compensação de gás hidrogênio nebuloso, fez com que o universo se tornasse transparente à luz ultravioleta pela primeira vez.

Mais estrelas e mais galáxias

Astrônomos procuram o universo pelas mais longínquas e antigas galáxias para ajudá-los a compreender as propriedades do início do universo. Da mesma forma, através do estudo da radiação cósmica de fundo, os astrônomos podem trabalhar para juntar os acontecimentos que vieram antes.

Dados das missões mais antigas, como o WMAP e o Cosmic Background Explorer (COBE), lançado em 1989, e de missões ainda em funcionamento, como o Telescópio Espacial Hubble, lançado em 1990, ajudam todos os cientistas a resolver os mistérios mais duradouros e atender a questões da cosmologia mais debatidas.

Nascimento de nosso sistema solar

Estima-se que o nosso sistema solar nasceu pouco depois de 9 bilhões de anos após o Big Bang, tendo cerca de 4,6 bilhões de anos. De acordo com as estimativas atuais, o sol é uma das mais de 100 bilhões de estrelas em nossa galáxia, a Via Láctea, e orbita o núcleo galáctico localizado a cerca de 25.000 anos-luz.

Muitos cientistas acreditam que o sol e o resto do nosso sistema solar se formaram a partir de uma gigante nuvem de gás e poeira conhecida como nebulosa (figura a). Conforme a nebulosa entrou em colapso não suportando sua própria massa, ela passou a girar mais rápido e se achatou em um disco. Durante esta fase, a maior parte do material foi puxado em direção ao centro para formar o sol.

O material invisível no Universo

Na década de 1960 e 1970, os astrônomos começaram a pensar que podia haver mais massa no universo do que aquilo que é visível. Vera Rubin, uma astrônoma do Carnegie Institution of Washington, observou as velocidades das estrelas em vários locais da galáxia.

A física newtoniana básica implica que estrelas na periferia de uma galáxia orbitam mais lentamente do que estrelas no centro, mas Rubin não encontrou nenhuma diferença nas velocidades das estrelas mais distantes. Na verdade, ela descobriu que todas as estrelas em uma galáxia parecem circundar o centro mais ou menos na mesma velocidade.

Esta massa misteriosa e invisível tornou-se conhecida como matéria escura. A matéria escura é inferida por causa da atração gravitacional que exerce sobre a matéria regular. Uma hipótese afirma que o material misterioso poderia ser formado por partículas exóticas que não interagem com a luz ou matéria normal, e é por isso que é tão difícil de detectar. 

Estima-se que a matéria escura forme 23% do universo. Em comparação, apenas 4% do universo é composto pela matéria normal, que engloba estrelas, planetas e pessoas.

A aceleração da expansão do universo

Na década de 1920, o astrônomo Edwin Hubble fez uma descoberta revolucionária sobre o universo. Usando um telescópio recém-construído no Observatório Mount Wilson, em Los Angeles, ele observou que o universo não é estático, mas sim está se expandindo.

Décadas mais tarde, em 1998, o telescópio espacial homônimo estudou supernovas muito distantes e concluiu que, há muito tempo, o universo estava se expandindo mais lentamente do que é hoje. Esta descoberta foi surpreendente, porque por muito tempo pensava-se que a gravidade da matéria no universo retardaria sua expansão, ou até mesmo poderia fazer com que ele se contraísse.

Acredita-se que a energia escura seja a força estranha que está acelerando cada vez mais a expansão do universo, mas continua não-detectada e envolta em mistério. A existência dessa energia indescritível, que forma 73% do universo, é um dos temas mais debatidos na cosmologia.

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Ainda há muito a aprender

Embora muito tenha sido descoberto sobre a criação e evolução do universo, há perguntas duradouras que permanecem sem resposta. A matéria escura e energia escura permanecem dois dos maiores mistérios, mas cosmólogos continuam a sondar o universo na esperança de compreender melhor como tudo começou.

Fonte: Ocientista