A Teoria do Big Bang

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A Teoria do Big Bang é a principal explicação sobre como o nosso Universo começou. Na sua forma mais simples, ela fala sobre o universo como o conhecemos começando com uma pequena singularidade e sua consequente expansão, iniciada 13,8 bilhões de anos atrás.

Uma vez que nossos instrumentos atuais (ainda) não permitem aos astrônomos observarem o nascimento do Universo, muito do que entendemos sobre a Teoria do Big Bang provém de modelos e teorias matemáticas. Os astrônomos podem, no entanto, consultar o “eco” da expansão por meio de um fenômeno conhecido como radiação cósmica de fundo.

A expressão “Big Bang” tem sido popular entre os astrofísicos há décadas, mas atingiu com força no cenário mainstream em 2007, quando um comedy-show com o mesmo nome estreou no canal CBS (canal Warner no Brasil). O show segue a vida cotidiana e acadêmica de diversos pesquisadores (incluindo um astrofísico).

Mapa da radiação cósmica de fundo deixada pelo Big Bang. Imagem capturada pela sonda espacial Planck, da ESA, em 2013; trata-se da luz mais antiga do Universo, ajudando os astrônomos a determinar a atual idade do Cosmos. Crédito: ESA e The Planck Collaboration.

Mapa da radiação cósmica de fundo deixada pelo Big Bang. Imagem capturada pela sonda espacial Planck, da ESA, em 2013; trata-se da luz mais antiga do Universo, ajudando os astrônomos a determinar a atual idade do Cosmos.
Crédito: ESA e The Planck Collaboration.

O Primeiro Segundo e O Nascimento da Luz

No primeiro segundo após o início de tudo, a temperatura ambiente do Cosmos era de aproximadamente 5,5 milhões de graus Celsius, de acordo com a NASA. O Cosmos continha um vasto conjunto de partículas fundamentais, tais como nêutrons, elétrons e prótons. Elas se deterioraram ou combinaram-se conforme o universo ficava mais frio.

Essa ‘sopa’ primordial de partículas seriam impossíveis de se ver à olho nu porque a luz não conseguia adentrar (nem sair de) dentro delas. “Os elétrons livres não permitiam a passagem de fótons (luz), dispersando-os completamente, tal como a radiação solar dispersa as gotículas de água presente nas nuvens,” afirma a NASA. Ao longo do tempo, os elétrons tornaram-se capazes de se encontrar com núcleos, criando átomos neutros. Isso permitiu que a luz finalmente brilhasse universo afora, 380.000 anos após o Big Bang.

Essa luz primitiva – às vezes chamada de ‘arrebol’ do Big Bang – é mais propriamente conhecida como radiação cósmica de fundo (RCF; CMB, do inglês). Ela foi prevista pela primeira vez por Ralph Alpher e outros cientistas em 1948, mas só foi de fato encontrada (por acidente) quase 20 anos mais tarde.

Arno Penzias e Robert Wilson, ambos dos Laboratórios Bell Telephone (EUA), estavam construindo um receptor de rádio em 1965. Concluindo-o, captaram os primeiros sinais com o equipamento, mas, para a surpresa de ambos, os sinais eram muito mais fortes do que o esperado. A princípio, eles pensaram que a anomalia fora causada pelo excremento de pombos (que viviam nas redondezas) jogado nas antenas; limparam a bagunça feita pelas aves e se livraram delas, mas a anomalia persistia.

Simultaneamente, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Princeton (liderados por Robert Dicke) estavam tentando encontrar evidências da RCF, e perceberam que Penzias e Wilson tinham ‘tropeçado’ em cima delas. As equipes dos Laboratório Bell e da Universidade de Princeton anunciaram, então, a descoberta do achado e publicaram no Astrophysical Journal em 1965.

Determinando a Idade do Universo

A radiação cósmica de fundo foi observada em muitas missões. Uma das mais famosas foi a COBE (Cosmic Background Explorer – Explorador Cósmico de Fundo), da NASA, que mapeou o céu na década de 1990.

Várias outras missões seguiram os passos da COBE, tais como o “BOOMERanG Experiment” (Balão de Observações Geofísicas e de Radiação Extragaláctica), a “WMAP” (Sonda Anisotrópica Micro-ondas), da NASA, e a sonda Planck, da ESA (Agência Espacial Europeia).

As observações da sonda Planck, disponibilizadas em 2013, mapeou a RCF em detalhes sem precedentes, revelando que o universo era mais velho do que pensava: 13,82 bilhões de anos, ao invés de 13,70 bilhões de anos.

Este gráfico apresenta uma linha do tempo do universo com base nos modelos teóricos e de inflação do Big Bang. Crédito: NASA/WMAP

Este gráfico apresenta uma linha do tempo do universo com base nos modelos teóricos e de inflação do Big Bang. Crédito: NASA/WMAP

Os mapas dão lugar a novos mistérios, como o porquê do Hemisfério Sul parecer ligeiramente mais vermelho (mais quente) do que o Hemisfério Norte [do universo]. A Teoria do Big Bang afirma que a RCF seria essencialmente a mesma, não importando para onde observo o universo.

Examinar a RCF também fornece aos astrônomos pistas sobre a composição universal. Pesquisadores ponderam que a maioria do cosmos é composta de matéria e energia que não pode ser “sentida” com instrumentos convencionais – isto é, a matéria e a energia escura. Apenas 5% do universo é composto de matéria ‘comum’, tais como os planetas, estrelas, nebulosas, galáxias.

Ondas Gravitacionais

Embora os astrônomos possam ver os primórdios do universo (o Universo Observável), eles também estão à procura de provas de sua rápida inflação (expansão). A Teoria diz que no primeiro segundo após o nascimento do universo, o cosmos inflou-se mais rápido do que a velocidade da luz. Isso não viola o limite de Albert Einstein, uma vez que ele disse que a “velocidade da luz é a velocidade máxima de viagem dentro do universo”. No entanto, não se aplica à inflação do próprio universo. Uma boa (e futura) fonte de informações à respeito da taxa de expansão primordial e atual do Universo são as Ondas Gravitacionais, comprovadas em 2016.

Rápida Expansão, Multiversos e Traçando o Início

O Cosmos não está só expandindo, mas ficando mais rápido, à medida que infla. Isto significa que, com o tempo, ninguém será capaz de detectar outras galáxias da Terra, ou qualquer outro ponto de dentro da nossa galáxia.

“Vamos ver galáxias distantes se afastando de nós, e sua velocidade aumentando com o tempo,” explica o astrônomo Avi Hoeb, da Universidade de Harvard.

“Com o passar de bilhões (ou trilhões) de anos, eventualmente os astros viajarão espaço afora à velocidades estupendas. Uma galáxia distante de nós poderia estar viajando à velocidade da luz, o que significa que nem ela seria capaz de preencher a lacuna que estará sendo aberta entre essa galáxia e nós. Não haveria maneira alguma de extraterrestres se comunicarem conosco, ou vice-versa, dado que os sinais de rádio jamais chegariam ao seu ponto de destino, uma vez que sua galáxia estará se movendo mais rápido do que a luz em relação à nós.”

Alguns físicos também sugerem que o universo em que vivemos é apenas um de muitos. No modelo de multiversos, universos diferentes coexistem independentes, mas bastante próximos uns dos outros, flutuando como bolhas de sabão num espaço aberto. A teoria sugere que nesse primeiro grande impulso expansivo, diferentes partes do espaço-tempo cresceram a taxas diferentes. Isto poderia ‘esculpir’ diferentes seções – diferentes universos – cada qual com potenciais diferentes leis da física.

Enquanto compreendemos o que é (este) universo, e como ele veio a ser tudo isso, talvez seja necessário ir (ainda mais) além, estabelecendo modelos e estudos de compreensão para algo ainda maior: os multiversos. É possível que o Big Bang não seja o primeiro (nem o último) período inflacionário que o universo experimentou.Alguns cientistas acreditam que vivemos num cosmos que passa por ciclos regulares de inflações e deflações, e que nós só estamos vivendo em uma dessas fases.

Loucura, loucura, loucura.

Fonte: Space, NASA, WMAP, NY Times

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Sobre o Autor

Gabriel Pietro têm 18 anos, é Web Designer e Redator do Acervo Ciência, escrevendo diariamente para o site. Já bancou uma de técnico de informática, e ainda banca de astrônomo amador, sua maior paixão. Atualmente gradua-se no curso de Gestão da Informação, na Universidade Federal de Uberlândia, que não sabe se é de exatas ou de humanas. Assim como ele. Também é aficionado por cinema, comics, política, economia, tretas e música indie. Bata tudo isso no liquidificador e tente entender sua cabeça.