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Nosso universo em expansão: Idade, história e outros fatos
Data de Publicação: 31 de janeiro de 2022 19:15:00 Por: Marcello Franciolle
A evolução e a matéria do nosso universo balonista
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Crédito da imagem: Getty |
O universo nasceu com o Big Bang como um ponto inimaginavelmente quente e denso. Quando o universo tinha apenas 10-34 de segundo ou mais, isto é, um centésimo de bilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo em idade, ele experimentou uma incrível explosão de expansão conhecida como inflação, na qual o próprio espaço expandiu mais rápido que a velocidade da luz. Durante esse período, o universo dobrou de tamanho pelo menos 90 vezes, passando do tamanho subatômico para o tamanho de uma bola de golfe quase instantaneamente.
O trabalho para entender o universo em expansão vem de uma combinação de física teórica e observações diretas de astrônomos. No entanto, em alguns casos, os astrônomos não conseguiram ver evidências diretas, como o caso das ondas gravitacionais associadas ao fundo cósmico de micro-ondas, a radiação remanescente do Big Bang. Um anúncio preliminar sobre a descoberta dessas ondas em 2014 foi rapidamente retirado, depois que os astrônomos descobriram que o sinal detectado poderia ser explicado pela poeira na Via Láctea.
Segundo a NASA, após a inflação, o crescimento do universo continuou, mas a um ritmo mais lento. À medida que o espaço se expandia, o universo esfriava e a matéria se formava. Um segundo após o Big Bang, o universo estava cheio de nêutrons, prótons, elétrons, anti-elétrons, fótons e neutrinos.
Durante os primeiros três minutos do universo, os elementos leves nasceram durante um processo conhecido como nucleossíntese do Big Bang. As temperaturas esfriaram de 100 nonillion (1032) Kelvin para 1 bilhão (109) Kelvin, e prótons e nêutrons colidiram para formar deutério, um isótopo de hidrogênio. A maior parte do deutério combinado para fazer hélio, e pequenas quantidades de lítio também foram geradas.
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A impressão deste artista do Big Bang mostra galáxias em formação de matéria. Crédito da imagem: Getty |
Nos primeiros 380.000 anos, o universo era essencialmente quente demais para a luz brilhar, de acordo com o Centro Nacional de Pesquisa Espacial da França (Centre National d'Etudes Spatiales, ou CNES). O calor da criação esmagou os átomos com força suficiente para quebrá-los em um plasma denso, uma sopa opaca de prótons, nêutrons e elétrons que espalhavam luz como neblina.
Aproximadamente 380.000 anos após o Big Bang, a matéria esfriou o suficiente para que os átomos se formassem durante a era da recombinação, resultando em um gás transparente e eletricamente neutro, de acordo com a NASA. Isso desencadeou o flash inicial de luz criado durante o Big Bang, que é detectável hoje como radiação cósmica de fundo em micro-ondas. No entanto, após esse ponto, o universo mergulhou na escuridão, já que nenhuma estrela ou qualquer outro objeto brilhante havia se formado ainda.
Cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang, o universo começou a emergir da idade das trevas cósmica durante a época da reionização. Durante esse período, que durou mais de meio bilhão de anos, aglomerados de gás colapsaram o suficiente para formar as primeiras estrelas e galáxias, cuja luz ultravioleta energética ionizou e destruiu a maior parte do hidrogênio neutro.
Embora a expansão do universo tenha diminuído gradualmente à medida que a matéria no universo se atraía por gravidade, cerca de 5 ou 6 bilhões de anos após o Big Bang, de acordo com a NASA, uma força misteriosa agora chamada de energia escura começou a acelerar a expansão do universo novamente, um fenômeno que continua até hoje.
Pouco depois de 9 bilhões de anos após o Big Bang, nosso sistema solar nasceu.
O BIG BANG
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O aglomerado globular NGC 6397 contém cerca de 400.000 estrelas e está localizado a cerca de 7.200 anos-luz de distância na constelação do Ara do sul. Com uma idade estimada de 13,5 bilhões de anos, é provável que esteja entre os primeiros objetos da Galáxia a se formar após o Big Bang. Crédito da imagem: NASA/Francesco Ferraro/Observatório de Bolonha |
O Big Bang não ocorreu como uma explosão da maneira usual como se pensa, apesar de se poder deduzir de seu nome. O universo não se expandiu para o espaço, pois o espaço não existia antes do universo, segundo a NASA. Em vez disso, é melhor pensar no Big Bang como o aparecimento simultâneo do espaço em todo o universo. O universo não se expandiu a partir de nenhum ponto desde o Big Bang, em vez disso, o próprio espaço foi se estendendo e transportanto matéria com ele.
Como o universo, por sua definição, abrange todo o espaço e tempo como o conhecemos, a NASA diz que está além do modelo do Big Bang dizer que o universo está se expandindo ou que deu origem ao Big Bang. Embora existam modelos que especulam sobre essas questões, nenhum deles fez previsões realisticamente testáveis até o momento.
Em 2014, cientistas do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics anunciaram que haviam encontrado um sinal fraco no fundo cósmico de micro-ondas que poderia ser a primeira evidência direta de ondas gravitacionais, eles mesmos considerados uma “arma fumegante” para o Big Bang. As descobertas foram muito debatidas, e os astrônomos logo retiraram seus resultados quando perceberam que a poeira na Via Láctea poderia explicar suas descobertas.
QUAL É A IDADE O UNIVERSO?
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Esta imagem de todo o céu mostra o universo jovem. Ele revela flutuações de temperatura de 13,7 bilhões de anos. Crédito da imagem: NASA |
O universo é atualmente estimado em cerca de 13,8 bilhões de anos, mais ou menos 130 milhões de anos em comparação, o sistema solar tem apenas cerca de 4,6 bilhões de anos.
Essa estimativa veio da medição da composição da matéria e da densidade de energia no universo. Isso permitiu que os pesquisadores calculassem a rapidez com que o universo se expandiu no passado. Com esse conhecimento, eles poderiam voltar o relógio e extrapolar quando o Big Bang aconteceu. Esse tempo e o agora é a idade do universo.
COMO ESTÁ ESTRUTURADO?
Os cientistas supõem que, nos primeiros momentos do universo, não havia estrutura para falar sobre, com matéria e energia distribuídas quase uniformemente por toda parte. De acordo com a NASA, a atração gravitacional de pequenas flutuações na densidade da matéria naquela época deu origem à vasta estrutura de estrelas em forma de teia e ao vazio visto hoje. Regiões densas atraíam cada vez mais matéria por meio da gravidade, e quanto mais massivas se tornavam, mais matéria podiam atrair por meio da gravidade, formando estrelas, galáxias e estruturas maiores conhecidas como aglomerados, superaglomerados, filamentos e muralhas, com "grandes paredões" de milhares de galáxias atingindo mais de um bilhão de anos-luz em comprimento. Regiões menos densas não cresceram, evoluindo para áreas de espaço aparentemente vazio chamadas de vácuos.
MATÉRIA DO UNIVERSO
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Filamentos de matéria escura, chamados cabelos, se formam quando partículas de matéria escura passam por um planeta. Crédito da imagem: NASA/JPL-Caltech |
Até algumas décadas atrás, os astrônomos imaginavam que o universo era composto quase inteiramente de átomos comuns, ou “matéria bariônica”, segundo a NASA. No entanto, recentemente tem havido cada vez mais evidências que sugerem que a maioria dos ingredientes que compõem o universo vem em formas que não podemos ver.
Acontece que os átomos representam apenas 4,6% do universo. Do restante, 23% é composto de matéria escura, que provavelmente é composta por uma ou mais espécies de partículas subatômicas que interagem muito fracamente com a matéria comum, e 72% é feita de energia escura, que aparentemente está impulsionando a expansão acelerada de o universo.
Quando se trata dos átomos com os quais estamos familiarizados, o hidrogênio representa cerca de 75%, enquanto o hélio representa cerca de 25%, com elementos mais pesados representando apenas uma pequena fração dos átomos do universo, de acordo com a NASA.
QUAL É A FORMA DO UNIVERSO?
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Crédito da imagem: ©genially |
A forma do universo e se ele é finito ou infinito em extensão depende da luta entre a taxa de sua expansão e a força da gravidade. A força da atração em questão depende em parte da densidade da matéria no universo.
Se a densidade do universo excede um valor crítico específico, então o universo é "fechado" e "curvo positivo" como a superfície de uma esfera. Isso significa que os feixes de luz que são inicialmente paralelos irão convergir lentamente, eventualmente cruzar e retornar ao seu ponto de partida, se o universo durar o suficiente. Se assim for, de acordo com a NASA, o universo não é infinito, mas não tem fim, assim como a área na superfície de uma esfera não é infinita, mas não tem começo nem fim. O universo acabará por parar de se expandir e começar a colapsar sobre si mesmo, o chamado "Big Crunch".
Se a densidade do universo for menor que esta densidade crítica, então a geometria do espaço é "aberta" e "negativamente curvada" como a superfície de uma sela. Se assim for, o universo não tem limites e se expandirá para sempre.
Se a densidade do universo for exatamente igual à densidade crítica, então a geometria do universo é "plana" com curvatura zero como uma folha de papel, de acordo com a NASA. Nesse caso, o universo não tem limites e se expandirá para sempre, mas a taxa de expansão se aproximará gradualmente de zero após um período infinito de tempo. Medições recentes sugerem que o universo é plano com apenas 0,4% de margem de erro, de acordo com a NASA.
É possível que o universo tenha uma forma mais complicada no geral, embora pareça possuir uma curvatura diferente. Por exemplo, o universo poderia ter a forma de uma cela ou rosquinha.
UNIVERSO EM EXPANSÃO
Na década de 1920, o astrônomo Edwin Hubble descobriu que o universo não era estático. Em vez disso, estava se expandindo; uma descoberta que revelou que o universo aparentemente nasceu em um Big Bang.
Depois disso, pensou-se por muito tempo que a gravidade da matéria no universo certamente retardaria a expansão do universo. Então, em 1998, as observações do Telescópio Espacial Hubble de supernovas muito distantes revelaram que, há muito tempo, o universo estava se expandindo mais lentamente do que hoje. Em outras palavras, a expansão do universo não estava diminuindo devido à gravidade, mas inexplicavelmente estava acelerando. O nome da força desconhecida que impulsiona essa expansão acelerada é energia escura, e continua sendo um dos maiores mistérios da ciência.
♦ Todos os artigos baseados em tópicos são determinados por verificadores de fatos como corretos e relevantes no momento da publicação. Texto e imagens podem ser alterados, removidos ou adicionados como uma decisão editorial para manter as informações atualizadas.
RECURSOS ADICIONAIS
Quer explorar o universo por si mesmo? Você pode percorrer as estrelas e galáxias da Via Láctea virtualmente usando o Hubble Skymap da NASA. Além disso, você pode ler 10 teorias estranhas sobre o universo neste artigo da Gaia Ciência.
BIBLIOGRAFIA
- "As primeiras estrelas do Universo". Avisos Mensais da Royal Astronomical Society: Cartas, Volume 373, Edição 1 (2006). https://academic.oup.com/mnrasl/article/373/1/L98/989035?login=true
- "O universo molecular". Comentários de Física Moderna (2013). https://journals.aps.org/rmp/abstract/10.1103/RevModPhys.85.1021
- "Lei de Hubble e o universo em expansão". Anais da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América (2015). https://www.pnas.org/content/112/11/3173.short
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Referência:
CHOI, Charles Q; HARVEY, Ailsa. Our expanding universe: Age, history & other facts. Space, 19, jan. 2022. Disponível em: <https://www.space.com/52-the-expanding-universe-from-the-big-bang-to-today.html>. Acesso em: 31, jan. 2022.
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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.

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