O primeiro hidrogênio a se formar absorveu a luz das primeiras estrelas do universo. Eventualmente, o universo encheu-se de estrelas e galáxias que reionizaram este hidrogénio, permitindo que os fótons viajassem livremente em todas as direções
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| Quais são as idades das trevas cósmicas? Crédito da imagem: Thesan Collaboration |
A "idade das trevas cósmica" refere-se a um período durante o início do universo, quando as fontes de luz estavam envoltas em uma densa névoa de gás hidrogênio neutro. Embora a luz possa agora viajar em todas as direções através do Universo, tornando-o transparente, o Universo primitivo estava envolto em hidrogênio, que absorvia a luz emitida pelas primeiras estrelas e fontes de radiação.
Durante os primeiros 380.000 anos após o Big Bang, toda a matéria e energia existiam como uma bola de plasma ionizado extremamente quente e densa em expansão. Neste ponto, as colisões entre partículas subatômicas nesta sopa de alta energia impediram que as partículas adquirissem elétrons para formar átomos estáveis. Contudo, assim que o Universo se expandisse e arrefecesse suficientemente, as partículas subatómicas poderiam adquirir elétrons para formar átomos de hidrogénio neutros, e a Idade das Trevas cósmica começou.
No entanto, assim que nasceram estrelas suficientes, a luz ultravioleta que produziram acabou por ionizar todo o hidrogénio no espaço interestelar, permitindo aos fótons viajar livremente em todas as direções através do universo, sem serem absorvidos ou dispersos pelo hidrogénio neutro. Através de uma combinação de simulações e observações, os astrofísicos estimaram que a idade das trevas cósmica começou a 380 mil anos após o Big Bang. Os processos que se pensa terem encerrado a Idade das Trevas cósmica começaram cerca de 680 milhões de anos após o Big Bang e terminaram aproximadamente 1,1 mil milhões de anos após o Big Bang.
PERGUNTAS FREQUENTES SOBRE A IDADE DAS TREVAS CÓSMICAS
Quanto tempo durou a idade das trevas cósmica?
Embora seja geralmente aceito que a idade das trevas cósmica começou 380.000 anos após o Big Bang, quando os primeiros átomos de hidrogénio neutros se formaram, exatamente quando este período terminou ainda é uma questão de debate. Os processos de reionização, nos quais as primeiras estrelas massivas do Universo enviavam luz ultravioleta para o cosmos, provavelmente levaram vários milhões de anos à medida que mais e mais estrelas emergiam da escuridão cósmica. As observações das primeiras galáxias sugeriram que o início da ionização começou cerca de 680 milhões de anos após o Big Bang, enquanto a ionização completa do universo observável foi provavelmente concluída cerca de 1,1 mil milhões de anos após o Big Bang.
Qual é a idade das trevas do universo?
A frase "idade das trevas do universo" refere-se a uma fase do universo primitivo quando ele estava coberto de trevas. No universo primitivo, a luz ultravioleta não podia viajar livremente por longas distâncias, pois era absorvida e espalhada por densas nuvens de átomos de hidrogênio neutros.
O que causou o fim da idade das trevas cósmica?
O fim da idade das trevas cósmica foi um processo gradual. Regiões mais densas de gás hidrogênio neutro no início do universo eventualmente colapsaram gravitacionalmente para formar estrelas massivas, as primeiras estrelas do universo. Essas estrelas enviaram grandes quantidades de luz ultravioleta para o universo próximo, mas foi somente quando as estrelas e protogaláxias eram abundantes no universo primitivo onde a luz ultravioleta foi emitida suficiente para o espaço, de modo a reionizar completamente todo o hidrogênio neutro no espaço interestelar.
O SURGIMENTO DO HIDROGÊNIO
O início da idade das trevas cósmica foi inaugurado pelo surgimento do hidrogênio no universo. O Big Bang foi um único ponto infinitamente quente e denso que inflou e se expandiu. Mas assim que o denso plasma de prótons, elétrons e outras partículas subatômicas recebesse espaço suficiente para esfriar devido à expansão do universo, esses elétrons e prótons poderiam se unir para formar átomos, na forma de muito hidrogênio e um pouco de hélio.
Embora a abundância galáctica de hidrogênio tenha eventualmente semeado as primeiras estrelas e galáxias, a absorção de diferentes frequências de luz no espectro eletromagnético por esse hidrogênio primordial deixou o universo jovem opaco.
No entanto, assim que os fornos de fusão das primeiras estrelas e galáxias se espalharam por todo o Universo, foi emitida radiação ultravioleta de alta energia suficiente, fótons, para o espaço interestelar para retirar os elétrons dos átomos de hidrogénio neutros. Agora, em vez de serem absorvidos por estes átomos de hidrogénio que transportam elétrons, estes fótons de alta energia tornaram-se livres para viajar vastas distâncias através do Universo.
AS PRIMEIRAS ESTRELAS E GALÁXIAS
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| Uma impressão artística de galáxias com explosão estelar no universo primitivo, sendo alimentadas com matéria-prima para a formação de estrelas através de filamentos na teia cósmica. Crédito da imagem: Aaron M. Geller, Northwestern, CIERA + IT-RCDS |
Os astrônomos estimam que as primeiras estrelas e galáxias começaram a surgir no Universo durante os primeiros 500 milhões de anos de história cósmica. Estas primeiras populações estelares foram responsáveis pela distribuição dos primeiros elementos pesados por todo o cosmos, e por desencadear o processo de reionização que permitiu à luz viajar sem impedimentos através do espaço.
A câmera infravermelha próxima do Telescópio Espacial James Webb proporcionou aos astrônomos um acesso sem precedentes para observar essas estruturas no universo primitivo e revelou algumas surpresas. As observações destas primeiras galáxias mostram que são significativamente mais luminosas do que os modelos de formação de galáxias previam. Uma explicação é que estas primeiras galáxias eram povoadas por estrelas extremamente grandes e extremamente quentes.
OLHANDO DE VOLTA PARA A IDADE DAS TREVAS CÓSMICA
Nossa capacidade de fazer observações do universo tal como ele existia durante a idade das trevas cósmica é limitada por algumas barreiras óbvias. Por um lado, estava escuro e as fontes de luz estavam obstruídas pelas densas nuvens de hidrogênio daquela época. No entanto, astrônomos e cosmólogos pensam que um dia poderemos observar alguma luz deste período no Universo primitivo, nomeadamente, ondas de rádio emitidas pelo gás hidrogénio.
Ondas de rádio desta magnitude só poderiam ser observadas do espaço, pois a atmosfera da Terra as bloqueia. No entanto, algum dia, um observatório baseado na Lua poderá olhar para trás, para uma época em que o Universo parecia significativamente diferente de como é agora. Os astrônomos mostraram que um Rádio-Observatório baseado na Lua poderia oferecer uma visão tentadora da Idade das Trevas cósmica.
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RECURSOS ADICIONAIS
Leia mais sobre o papel do hidrogênio no universo com este artigo da Nature. Saiba mais sobre as primeiras estrelas e a era da reionização com este infográfico da NASA. Se você quiser saber mais sobre a idade das trevas cósmica, confira este vídeo informativo do YouTube da PBS Space Time.
BIBLIOGRAFIA
Bosman, S., et al. Avisos mensais da Royal Astronomical Society, Volume 514, Edição 1, julho de 2022, páginas 55–76, https://doi.org/10.1093/mnras/stac1046
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Mondal, R., Barkana, R. Perspectivas para cosmologia de precisão com o sinal de 21 cm da Idade das Trevas. Nat Astron 7, 1025–1030 (2023). https://doi.org/10.1038/s41550-023-02057-y
Tilvi, V., et al. The Astrophysical Journal Letters, Volume 891, Número 1, fevereiro de 2020, https://doi.org/10.3847/2041-8213/ab75ec
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Referência:
FEEHLY, Conor. The cosmic dark ages: Everything you need to know. Space, Nova York, 05, jan. 2024. The Universe. Disponível em: <https://www.space.com/what-are-the-cosmic-dark-ages>. Acesso em: 05, mar. 2024.
Marcello Franciolle F 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.
