Cosmologia é um ramo da astronomia que envolve a origem e evolução do universo, desde o Big Bang até hoje e no futuro.

Instantâneo de uma simulação de computador da formação de estruturas em grande escala no universo, mostrando um patch de 100 milhões de anos-luz e os movimentos coerentes resultantes de galáxias fluindo em direção à maior concentração de massa no centro. Crédito da imagem: ESO

De acordo com a NASA, a definição de cosmologia é "o estudo científico das propriedades em grande escala do universo como um todo".

Enquanto outros aspectos da astronomia lidam com objetos e fenômenos individuais ou coleções de objetos, a cosmologia abrange todo o universo, do nascimento à morte, com uma riqueza de mistérios em cada estágio. 

História da cosmologia e astronomia

A compreensão do universo pela humanidade evoluiu significativamente ao longo do tempo. No início da história da astronomia, a Terra era considerada o centro de todas as coisas, com planetas e estrelas orbitando-a. No século 16, o cientista polonês Nicolaus Copernicus sugeriu que a Terra e os outros planetas do sistema solar de fato orbitavam o Sol, criando uma mudança profunda na compreensão do cosmos. No final do século 17, Isaac Newton calculou como as forças entre os planetas, especificamente as forças gravitacionais, interagiam.

O amanhecer do século 20 trouxe novos insights sobre a compreensão do vasto universo. Albert Einstein propôs a unificação do espaço e do tempo em sua Teoria Geral da Relatividade. No início dos anos 1900, os cientistas estavam debatendo se a Via Láctea continha todo o universo dentro de sua extensão ou se era simplesmente uma das muitas coleções de estrelas. Edwin Hubble calculou a distância até um objeto nebuloso e difuso no céu e determinou que ele ficava fora da Via Láctea, provando que nossa galáxia é uma pequena gota no enorme universo. Usando a relatividade geral para estabelecer a estrutura, Hubble mediu outras galáxias e determinou que elas estavam se afastando de nós, levando-o a concluir que o universo não era estático, mas em expansão.

Nas últimas décadas, o cosmologista Stephen Hawking determinou que o próprio universo não é infinito, mas tem um tamanho definido. No entanto, falta um limite definido. Isso é semelhante à Terra; embora o planeta seja finito, uma pessoa que viajasse ao redor dele nunca encontraria o "fim", mas, em vez disso, giraria o globo constantemente. Hawking também propôs que o universo não continuaria para sempre, mas acabaria eventualmente.

Missões e instrumentos cosmológicos

Lançado em novembro de 1989, o Cosmic Background Explorer (COBE) da NASA fez medições precisas da radiação no céu. A missão funcionou até 1993.

Embora o telescópio espacial Hubble da NASA seja provavelmente mais conhecido por suas imagens surpreendentes, uma missão primária era cosmológica. Ao medir com mais precisão as distâncias das Variáveis ??Cefeidas, estrelas com uma relação bem definida entre seu brilho e suas pulsações, Hubble ajudou a refinar as medições sobre como o universo está se expandindo. Desde o seu lançamento, os astrônomos continuaram a usar o Hubble para fazer medições cosmológicas e refinar as existentes.

Graças ao Hubble, "se você colocar em uma caixa todas as formas em que a energia escura pode diferir da constante cosmológica, essa caixa seria agora três vezes menor", disse o cosmologista Adam Riess, do Space Telescope Science Institute, em um comunicado. "Isso é progresso, mas ainda temos um longo caminho a percorrer para definir a natureza da energia escura."

Da NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) foi uma nave espacial que operou de 2001 a 2010. WMAP mapeado pequenas flutuações na radiação cósmica de fundo (CMB), a luz antiga do início do universo, e determinou que os átomos comuns representam apenas 4,6 por cento do o universo, enquanto a matéria escura representa 24 por cento.

"Dúvidas persistentes sobre a existência de energia escura e a composição do universo se dissolveram quando o satélite WMAP tirou a foto mais detalhada de todas as imagens cósmicas de fundo", disse o cosmologista Charles Seife na revista Science.

A missão espacial Planck da Agência Espacial Europeia funcionou de 2009 a 2013 e continuou o estudo da radiação cósmica de fundo.

A ESA está desenvolvendo a missão Euclides, que deverá voar até ao final da década. Euclides estudará a matéria escura e a energia escura com maior precisão, traçando sua distribuição e evolução pelo universo.

"No cerne da missão está uma das questões da física de um bilhão de libras", disse David Parker, da ESA, em um comunicado.

Alguns pesquisadores acreditam que os padrões de anéis concêntricos em medições da radiação cósmica de fundo são evidências de um universo que existia antes do nosso nascer no Big Bang. Crédito da imagem: Roger Penrose e Vahe Gurzadyan

Perguntas cosmológicas comuns

O que veio antes do Big Bang?

Por causa da natureza limitada e finita do universo, não podemos ver "fora" de nosso próprio universo. O espaço e o tempo começaram com o Big Bang. Embora haja uma série de especulações sobre a existência de outros universos, não há uma maneira prática de observá-los e, como tal, nunca haverá qualquer evidência a favor (ou contra!) Eles.

Onde o Big Bang aconteceu?

O Big Bang não aconteceu em um único ponto, mas em vez disso, foi o aparecimento do espaço e do tempo em todo o universo de uma só vez.

Se todas as outras galáxias parecem estar se afastando de nós, isso não nos coloca no centro do universo?

Não, porque se viajássemos para uma galáxia distante, pareceria que todas as galáxias ao redor estivessem se afastando da mesma forma. Pense no universo como um balão gigante. Se você marcar vários pontos no balão e, em seguida, enchê-lo, notará que cada ponto está se afastando de todos os outros, embora nenhum esteja no centro. A expansão do universo funciona da mesma maneira.

Quão velho é o universo?

De acordo com dados divulgados pela equipe do Planck em 2013, o universo tem 13,8 bilhões de anos, cerca de cem milhões de anos a mais ou a menos. Planck determinou a idade após mapear pequenas flutuações de temperatura na CMB.

"Padrões em grandes áreas do céu nos falam sobre o que estava acontecendo nas menores escalas logo após o nascimento de nosso universo", disse Charles Lawrence, cientista do projeto Planck nos Estados Unidos, em um comunicado.

O universo vai acabar? Se sim, como?

Se o universo chegará ou não ao fim depende de sua densidade, quão espalhada a matéria dentro dele pode ser. Os cientistas calcularam uma "densidade crítica" para o universo. Se sua densidade verdadeira for maior do que seus cálculos, eventualmente a expansão do universo diminuirá e então, por fim, reverterá até que entre em colapso. No entanto, se a densidade for menor que a densidade crítica, o universo continuará a se expandir para sempre. 

O que veio primeiro, a galinha... ou, a galáxia ou as estrelas?

O universo pós-Big Bang era composto predominantemente de hidrogênio, com um pouco de hélio adicionado para uma boa medida. A gravidade causou o colapso do hidrogênio para dentro, formando estruturas. No entanto, os astrônomos não têm certeza se as primeiras bolhas massivas formaram estrelas individuais que mais tarde caíram juntas pela gravidade, ou se a massa se juntou em aglomerados do tamanho de uma galáxia que mais tarde formaram estrelas.

Leitura adicional:

Relatório Especial: A História e Futuro do Cosmos

Recursos adicionais:

• Página da NASA sobre Cosmologia
• Pergunte a um astrofísico (também pela NASA)

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Referência:

REDD, Nola Taylor. What Is Cosmology? Definition & History. Space, 25, set. 2017. Disponível em: <https://www.space.com/16042-cosmology.html>. Acesso em: 20, nov. 2021.

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.