Há 13,8 bilhões de anos, todo o nosso universo observável era do tamanho de um pêssego e tinha uma temperatura de mais de um trilhão de graus.

No início, o universo se expandiu muito, muito rápido. Crédito da imagem: MARK GARLICK / SCIENCE PHOTO BIBRARY via Getty Images

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Essa é uma declaração muito simples, mas muito ousada de se fazer, e não é uma declaração feita levianamente ou facilmente. Na verdade, mesmo cem anos atrás, teria soado totalmente absurdo, mas aqui estamos nós, dizendo como se não fosse grande coisa. Mas, como acontece com qualquer coisa na ciência, afirmações simples como essa são construídas a partir de montanhas de múltiplas linhas independentes de evidências que apontam para a mesma conclusão, neste caso, o Big Bang, nosso modelo da história de nosso universo.

Mas, como se costuma dizer, não acredite apenas na minha palavra. Aqui estão cinco evidências do Big Bang:

1: O céu noturno está escuro

Imagine por um momento que vivemos em um universo perfeitamente infinito, tanto no tempo quanto no espaço. As coleções cintilantes de estrelas continuam para sempre em todas as direções, e o universo simplesmente sempre foi e sempre será. Isso significaria que para onde quer que você olhasse no céu, apenas escolha uma direção aleatória e olhe fixamente, você certamente encontraria uma estrela lá fora, em algum lugar, a alguma distância. Esse é o resultado inevitável de um universo infinito.

E se esse mesmo universo existe desde sempre, então houve muito tempo para a luz daquela estrela, rastejando pelo cosmos a uma velocidade relativamente lenta de c, para atingir seus olhos. Mesmo a presença de qualquer poeira intermediária não diminuiria a luz acumulada de uma infinidade de estrelas espalhadas por um cosmos infinitamente grande.

Portanto, o céu deveria estar em chamas com a luz combinada de uma infinidade de estrelas. Em vez disso, é principalmente escuridão. Vazio. Vazio. Escuridão. Você sabe, espaço.

O físico alemão Heinrich Olbers pode não ter sido a primeira pessoa a notar esse aparente paradoxo, mas seu nome manteve a ideia: é conhecido como o paradoxo de Olbers. A resolução simples? Ou o universo não é infinito em tamanho ou não é infinito no tempo. Ou talvez não seja nenhum dos dois.

2: Existem quasares

Assim que os pesquisadores desenvolveram radiotelescópios sensíveis, nas décadas de 1950 e 60, eles notaram fontes de rádio estranhamente altas no céu. Por meio de investigações astronômicas significativas, os cientistas determinaram que essas fontes de rádio quase estelares, ou "quasares", eram galáxias ativas e muito distantes, mas excepcionalmente brilhantes.

O que é mais importante para esta discussão é a parte "muito distante" dessa conclusão.

Como a luz leva tempo para viajar de um lugar para outro, não vemos estrelas e galáxias como são agora, mas como eram há milhares, milhões ou bilhões de anos. Isso significa que olhar mais fundo no universo também é olhar mais fundo no passado. Vemos muitos quasares no cosmos distante, o que significa que esses objetos eram muito comuns há bilhões de anos. Mas quase não há quasares em nossa vizinhança local e atualizada. E eles são comuns o suficiente no universo distante (isto é, jovem) que deveríamos ver muito mais em nossa vizinhança.

A conclusão simples: o universo era diferente no passado do que é hoje.

3: Está ficando maior

Vivemos em um universo em expansão. Em média, as galáxias estão se distanciando cada vez mais de todas as outras galáxias. Claro, algumas pequenas colisões locais acontecem a partir de sobras de interações gravitacionais, como a forma como a Via Láctea vai colidir com Andrômeda em alguns bilhões de anos. Mas em grande escala, essa relação simples e expansionista é verdadeira. Isso é o que o astrônomo Edwin Hubble descobriu no início do século 20, logo depois de descobrir que "galáxias" eram na verdade algo de sua natureza.

Em um universo em expansão, as regras são simples. Cada galáxia está se afastando de (quase) todas as outras galáxias. A luz de galáxias distantes será deslocada para o vermelho, os comprimentos de onda de luz que eles estão liberando ficarão mais longos e, portanto, mais vermelhos, da perspectiva de outras galáxias. Você pode ficar tentado a pensar que isso se deve ao movimento de galáxias individuais acelerando ao redor do universo, mas a matemática não bate.

A quantidade de redshift para uma galáxia específica está relacionada a quão longe ela está. Galáxias mais próximas terão um certo deslocamento para o vermelho. Uma galáxia com o dobro da distância terá o dobro desse redshift. Quatro vezes a distância? Isso mesmo, quatro vezes o redshift. Para explicar isso com apenas galáxias girando, deve haver uma conspiração realmente estranha onde todos os cidadãos galácticos do universo concordam em se mover neste padrão muito específico.

Em vez disso, há uma explicação muito mais simples: o movimento das galáxias se deve ao alongamento do espaço entre essas galáxias.

Vivemos em um universo dinâmico e em evolução. Era menor no passado e será maior no futuro.

4: A radiação do início do universo

Vamos fazer um jogo. Suponha que o universo era menor no passado. Isso significa que teria sido mais denso e mais quente, certo? Certo, todo o conteúdo do cosmos teria sido agrupado em um espaço menor, e densidades mais altas significam temperaturas mais altas.

Em algum ponto, quando o universo era, digamos, um milhão de vezes menor do que é agora, tudo teria sido tão esmagado que seria um plasma. Nesse estado, os elétrons seriam desvinculados de seus hospedeiros nucleares e livres para nadar, toda essa matéria seria banhada em radiação intensa de alta energia.

Mas, à medida que o universo infantil se expandia, ele teria esfriado a um ponto em que, de repente, os elétrons pudessem se estabelecer confortavelmente em torno dos núcleos, formando os primeiros átomos completos de hidrogênio e hélio. Naquele momento, a radiação loucamente intensa vagaria desimpedida pelo novo universo fino e transparente. E à medida que o universo se expandia, a luz que começou literalmente quente e branca teria resfriado, resfriado, resfriado a poucos graus acima do zero absoluto, colocando os comprimentos de onda firmemente na faixa de micro-ondas.

E quando apontamos nossos telescópios de micro-ondas para o céu, o que vemos? Um banho de radiação de fundo, que nos rodeia por todos os lados e quase perfeitamente uniforme (para uma parte em 100.000!) Em todas as direções. Uma imagem infantil do universo. Um cartão postal de uma era há muito morta. Luz de uma época quase tão antiga quanto o próprio universo.

5: É elementar

Empurre o relógio ainda mais para trás do que a formação da radiação cósmica de fundo em micro-ondas e, em algum ponto, as coisas serão tão intensas, tão loucas que nem mesmo prótons e nêutrons existem. É apenas uma sopa de suas partes fundamentais, os quarks e glúons. Mas, novamente, à medida que o universo se expandia e resfriava desde os primeiros minutos frenéticos de sua existência, os núcleos mais leves, como hidrogênio e hélio, congelaram e se formaram.

Hoje em dia, temos um conhecimento bastante decente da física nuclear e podemos usar esse conhecimento para prever a quantidade relativa dos elementos mais leves em nosso universo. A previsão: aquela sopa congelada deveria ter gerado cerca de três quartos de hidrogênio, um quarto de hélio e um punhado de "outro" elemento.

O desafio então vai para os astrônomos, e o que eles descobriram? Um universo composto de, aproximadamente, três quartos de hidrogênio, um quarto de hélio e uma porcentagem menor de "outro" elemento. Bingo!

Também há mais evidências, é claro. Mas isso é apenas o ponto de partida para a nossa imagem moderna do cosmos no Big Bang. Múltiplas linhas de evidência independentes apontam para a mesma conclusão: nosso universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos e, ao mesmo tempo, era do tamanho de um pêssego e tinha uma temperatura de mais de um trilhão de graus.

♦ Paul Sutter  é astrofísico da  Universidade Estadual de Ohio  e cientista-chefe do  centro de ciências COSI. Sutter também é apresentador de  Ask a Spaceman  e  Space Radio, e lidera AstroTours  ao redor do mundo. Sutter contribuiu com este artigo para  Expert Voices: Op-Ed & Insights do Space.com.

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Referência:

SUTTER, Paul. Here's How We Know the Big Bang Happened. Live Science, 22, abr. 2018. Disponível em: <https://www.livescience.com/62377-big-bang-evidence.html>. Acesso em: 27, jun. 2021.