Faça uma viagem no tempo para descobrir a história do universo.

A impressão deste artista mostra galáxias em um momento menos de um bilhão de anos após o Big Bang, quando o universo ainda estava parcialmente cheio de névoa de hidrogênio que absorvia a luz ultravioleta. Crédito da imagem: ESO/M.Kornmesser

A história do universo e como ele evoluiu é amplamente aceita como o modelo do Big Bang, que afirma que o universo começou como um ponto incrivelmente quente e denso cerca de 13,7 bilhões de anos atrás. Então, como o universo passou de frações de uma polegada (alguns milímetros) para o que é hoje?

Veja agora uma análise do Big Bang até agora em 10 etapas fáceis de entender.

PASSO 1: COMO TUDO COMEÇOU

Uma ilustração da linha do tempo do universo após o big bang. Crédito da imagem: NASA/WMAP Science Team

O Big Bang não foi uma explosão no espaço, como o nome da teoria pode sugerir. Em vez disso, foi o aparecimento do espaço em todo o universo, disseram os pesquisadores. De acordo com a teoria do Big Bang, o universo nasceu como um ponto único no espaço muito quente, muito denso.

Os cosmólogos não têm 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 universo inicial e sua formação.

Uma parte fundamental disso vem de observações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, que contém o brilho da luz e radiação que sobrou do Big Bang. Esta relíquia do Big Bang permeia o universo e é visível aos detectores de micro-ondas, o que permite aos cientistas reunir pistas do universo primitivo.

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

PASSO 2: O PRIMEIRO SURTO DE CRESCIMENTO DO UNIVERSO

Quando o universo era muito jovem, algo como um centésimo de bilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo (ufa!), ele passou por um incrível surto de crescimento. Durante essa explosão de expansão, que é conhecida como inflação, o universo cresceu exponencialmente e dobrou de tamanho pelo menos 90 vezes.

"O universo estava se expandindo e, à medida que se expandia, ficava mais frio e menos denso", disse David Spergel, astrofísico teórico da Universidade de Princeton, em Princeton, NJ. Após a inflação, o universo continuou a crescer, mas a um ritmo mais lento. 

À medida que o espaço se expandia, o universo esfriava e a matéria se formava.

PASSO 3: MUITO QUENTE PARA BRILHAR

Elementos químicos leves foram criados nos primeiros três minutos da formação do universo. À medida que o universo se expandia, as temperaturas esfriavam e prótons e nêutrons colidiam para formar deutério, que é um isótopo do hidrogênio. Grande parte deste deutério foi combinado para criar hélio.

O WMAP produziu uma imagem nova e mais detalhada do universo jovem. As cores indicam pontos "mais quentes" (vermelho) e "mais frios" (azul). Crédito da imagem: NASA/WMAP Science Team

Nos primeiros 380.000 anos após o Big Bang, no entanto, o calor intenso da criação do universo o tornou essencialmente quente demais para a luz brilhar. Os átomos colidiram com força suficiente para se dividir em um plasma denso e opaco de prótons, nêutrons e elétrons que espalharam a luz como neblina.

PASSO 4: QUE HAJA LUZ

Cerca de 380.000 anos após o Big Bang, a matéria esfriou o suficiente para que os elétrons se combinassem com os núcleos para formar átomos neutros. Essa fase é conhecida como "recombinação", e a absorção de elétrons livres fez com que o universo se tornasse transparente. A luz que foi desencadeada neste momento é detectável hoje na forma de radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

No entanto, a era da recombinação foi seguida por um período de escuridão antes da formação de estrelas e outros objetos brilhantes.

PASSO 5: EMERGINDO DA IDADE DAS TREVAS CÓSMICA

Aproximadamente 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 idade da reionização.

Acredita-se que essa fase dinâmica tenha durado mais de meio bilhão de anos, mas com base em novas observações, os cientistas acreditam que a reionização pode ter ocorrido mais rapidamente do que se pensava anteriormente.

Durante este tempo, aglomerados de gás colapsaram o suficiente para formar as primeiras estrelas e galáxias. A luz ultravioleta emitida por esses eventos energéticos eliminou e destruiu a maior parte do gás de hidrogênio neutro circundante. O processo de reionização, mais o clareamento do gás de hidrogênio nebuloso, fez com que o universo se tornasse transparente à luz ultravioleta pela primeira vez.

PASSO 6: MAIS ESTRELAS E MAIS GALÁXIAS

Uma imagem tirada pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA, mostrando um aglomerado de galáxias a 10 bilhões de anos-luz de distância. Crédito da imagem: NASA/ESA/Universidade da Flórida, Gainsville/Universidade de Missouri-Kansas City/UC Davis

Os astrônomos vasculham o universo procurando as galáxias mais distantes e antigas para ajudá-los a entender as propriedades do universo primitivo. Da mesma forma, estudando o fundo cósmico em micro-ondas, os astrônomos podem trabalhar de trás para frente para juntar os eventos que vieram antes.

Dados de missões mais antigas, como WMAP e Cosmic Background Explorer (COBE), lançado em 1989, e missões ainda em operação, como o Telescópio Espacial Hubble, lançado em 1990, ajudam os cientistas a tentar resolver os mistérios mais duradouros e responder às questões mais debatidas na cosmologia.

PASSO 7: NASCIMENTO DO NOSSO SISTEMA SOLAR

Estima-se que nosso sistema solar tenha nascido pouco depois de 9 bilhões de anos após o Big Bang, com 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 Via Láctea e orbita cerca de 25.000 anos-luz do núcleo galáctico.

Uma visão infravermelha de uma estrela em desenvolvimento tirada pelo Telescópio Espacial Spitzer da NASA. Ele ilustra como nosso sistema solar pode ter sido há bilhões de anos. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech/AURA

Muitos cientistas acreditam que o Sol e o resto do nosso sistema solar foram formados a partir de uma gigantesca nuvem rotativa de gás e poeira conhecida como nebulosa solar. Como a gravidade causou o colapso da nebulosa, ela girou mais rápido e se aplanou em um disco. Durante esta fase, a maior parte do material foi puxada para o centro formando então o sol.

PASSO 8: AS COISAS INVISÍVEIS NO UNIVERSO

Nas décadas de 1960 e 1970, os astrônomos começaram a pensar que poderia haver mais massa no universo do que é visível. Vera Rubin, astrônoma da Carnegie Institution de Washington, observou as velocidades das estrelas em vários locais das galáxias.

A física newtoniana básica implica que as estrelas nos arredores de uma galáxia orbitariam mais lentamente do que as estrelas no centro, mas Rubin não encontrou diferença nas velocidades das estrelas mais distantes. Na verdade, ela descobriu que todas as estrelas em uma galáxia parecem girar em torno do centro mais ou menos na mesma velocidade.

Essa massa misteriosa e invisível ficou 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 pode ser formado por partículas exóticas que não interagem com a luz ou matéria regular, e é por isso que tem sido tão difícil de detectar.

Uma ilustração da Terra cercada por filamentos de matéria escura chamados "cabelos". Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech

PASSO 9: O UNIVERSO EM EXPANSÃO E ACELERAÇÃO

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, Hubble observou que o universo não é estático, mas está em expansão.

Décadas depois, em 1998, o prolífico telescópio espacial batizado em homenagem ao famoso astrônomo, o Telescópio Espacial Hubble, estudou supernovas muito distantes e descobriu que, há muito tempo, o universo estava se expandindo mais lentamente do que hoje. Essa descoberta foi surpreendente porque há muito se pensava que a gravidade da matéria no universo retardaria sua expansão, ou até mesmo a faria se contrair.

Acredita-se que a energia escura seja a estranha força que está separando o cosmos em velocidades cada vez maiores, mas permanece indetectável e envolta em mistério. A existência dessa energia indescritível, que se acredita representar 80% do universo, é um dos tópicos mais debatidos na cosmologia.

PASSO 10: AINDA PRECISAMOS SABER MAIS

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

O Telescópio Espacial James Webb (JWST), lançado em 2021, continuará a caça à indescritível matéria escura, além de observar o início dos tempos e a evolução do universo usando seus instrumentos infravermelhos.

Impressão artística do Telescópio Espacial James Webb da NASA/ESA/CSA. Crédito da imagem: ESA, NASA, S. Beckwith (STScI) e a equipe HUDF, Northrop Grumman Aerospace Systems / STScI / ATG medialab

RECURSOS ADICIONAIS

• Para mais informações sobre a evolução do universo confira "The History of the Universe" de David H. Lyth ou "Uma Breve História do Tempo" de Stephen Hawking. 
• Você também pode manter-se atualizado com as descobertas do JWST, visite a página dedicada da NASA ou a página dedicada da Agência Espacial Européia. 

BIBLIOGRAFIA

• Scientific American, "A Evolução do Universo", outubro de 1994. 
• Walter Perry, "Origem e Evolução do Universo", Journal of Modern Physics, Volume 12, novembro de 2021.
• Bharat Ratra e Michael S. Vogeley, "The Beginning and Evolution of the Universe", Publicações da Sociedade Astronômica do Pacífico, Volume 120, março de 2008.
• NASA, "Breve História do Universo", dezembro de 2006.

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Referência:

CHOW, Denise; DUTFIELD, Scott. The history of the universe: Big Bang to now in 10 easy steps. Space, 03, fev. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/13320-big-bang-universe-10-steps-explainer.html>. Acesso em: 08, fev. 2022.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.