Abrange tudo o que já foi e sempre será.

Abstrato da bela nebulosa. Crédito da imagem: Xuanyu Han via Getty Images

O universo é literalmente tudo, a soma de toda a existência. Inclui toda a matéria, como estrelas e galáxias. O universo também inclui todas as radiações e todas as outras formas de energia. Não importa onde ou quando você exista, você é parte do universo, assim como tudo o que você experimenta. Não há nada fora do universo, porque tudo o que existe é automaticamente incluído na definição de universo.

QUANTOS ANOS TEM O UNIVERSO, E ELE ESTÁ SE EXPANDINDO?

Nossa melhor compreensão da história do universo vem da teoria do Big Bang. Observações de galáxias distantes revelam que todas as galáxias estão, em média, se afastando de todas as outras galáxias. Os astrônomos interpretam esse movimento como um significativo de que o próprio universo está se expandindo; nas escalas muito maiores, as distâncias entre as galáxias crescem com o tempo. Isso significa que, no passado, o universo era menor, mais quente e mais denso do que é hoje.

A teoria da relatividade geral de Einstein permite que os cosmólogos conectem o conteúdo do universo à sua história de expansão e, a partir daí, calculem sua idade. De acordo com as estimativas atuais, com base em uma ampla variedade de observações, como supernovas distantes, o fundo cósmico de micro-ondas e a abundância de elementos leves; o universo tem aproximadamente 13,787 bilhões de anos. Em seus primeiros momentos, todo o universo foi comprimido em um ponto infinitamente pequeno conhecido como singularidade. A partir dessa singularidade, o espaço se expandiu, dando origem ao universo que vemos hoje, segundo a NASA.

COMO O UNIVERSO FOI CRIADO?

Diagrama mostrando as diferentes etapas do Big Bang. Crédito da imagem: Shutterstock

Os cientistas não sabem o que veio antes do Big Bang. No entanto, eles sabem que a singularidade não é real; em vez disso, é um artefato da relatividade geral que ocorre quando as equações se desfazem e perdem sua capacidade de descrever uma situação física. Uma verdadeira explicação para a singularidade deve estar em uma teoria da gravidade quântica, que é uma teoria física da gravidade forte em escalas extremamente pequenas. Atualmente, os físicos não têm essa teoria, mas têm vários candidatos, como a teoria das cordas e a gravidade quântica em loop.

Os cientistas nem sabem se a pergunta "O que veio antes do Big Bang?" faz sentido. Nossa compreensão da passagem do tempo vem da mesma teoria da relatividade que se desfaz ao descrever o universo primitivo. Pode muito bem ser que nossas concepções de "antes" e "depois" sejam inadequadas para descrever o que acontece em escalas tão extremas, de acordo com o astrofísico Ethan Siegel.

Em última análise, a razão pela qual o universo existe é talvez a maior de todas as questões filosóficas.

O QUE É O UNIVERSO OBSERVÁVEL?

Os astrônomos atualmente não sabem qual o tamanho do universo, mas há um limite para o que podemos ver. Este volume é conhecido como o universo observável.

Porque o universo tem uma idade finita, e porque a propagação da luz é limitada a uma velocidade máxima, apenas uma certa porção do universo foi iluminada do nosso ponto de vista. O universo observável é uma esfera com cerca de 42 bilhões de anos-luz de diâmetro. (Para escala, a Via Láctea tem apenas 100.000 anos-luz de diâmetro, e a estrela mais próxima do Sol está a menos de 4 anos-luz de distância.)

As galáxias que os astrônomos observam na borda desta esfera liberaram sua luz até 13 bilhões de anos atrás. No entanto, o universo está se expandindo mais rápido que a velocidade da luz, o que não é um problema, porque a relatividade especial determina que a restrição de que os objetos não podem viajar mais rápido que a velocidade da luz se aplica apenas a medições feitas perto de um observador, não a objetos em um universo distante.

Se o universo fosse estático, à medida que o tempo avançasse, seríamos capazes de observar galáxias ainda mais distantes à medida que sua luz chegasse até nós. No entanto, a expansão do universo está levando essas galáxias mais distantes mais rápido do que a luz delas pode viajar de volta para nós, e nunca seremos capazes de observá-las, relatou Nova da PBS.

O UNIVERSO É INFINITO?

Os cosmólogos pensam que além da borda do universo observável está... mais universo: Mais estrelas, mais galáxias, mais planetas, mais tudo. Por ser inobservável, no entanto, os astrônomos não sabem o quão grande é o universo inteiro. É possível que o universo seja verdadeiramente infinito, sem limite no espaço, de acordo com a NASA.

No entanto, uma estimativa de tamanho único vem da teoria da inflação, um evento que muitos cosmólogos pensam ter ocorrido durante os primeiros momentos do Big Bang. Durante a inflação, o universo cresceu rapidamente para muitas ordens de magnitude maiores em uma minúscula fração de segundo. A teoria da inflação coloca o tamanho mínimo do universo em cerca de 10⁶² vezes maior em diâmetro do que o universo observável.

DO QUE É FEITO O UNIVERSO?

Matéria escura em um universo simulado. Crédito da imagem: Crédito de ilustração e direitos autorais Tom Abel & Ralf Kaehler (KIPAC, SLAC), AMNH

A maior parte do conteúdo do universo é de uma forma atualmente desconhecida pela física moderna. Cerca de 68% da energia total do universo é composta de energia escura, uma forma hipotética de energia que parece residir no vácuo do próprio espaço-tempo. No entanto, os físicos não sabem de onde essa energia se origina ou por que ela tem a força que tem, de acordo com a Harvard University's Universe Forum.

Cerca de 27% da matéria e energia do universo é composta de matéria escura, que se acredita ser uma forma invisível de matéria que não interage com a luz. Embora a grande maioria dos físicos acreditam que a matéria escura é algum novo tipo de partícula (ou partículas) fundamental, eles ainda não a detectaram diretamente.

Os 5% restantes do universo consistem em matéria normal e familiar, como estrelas, planetas e vastas nuvens de gás.

COMO O UNIVERSO VAI ACABAR?

Para entender como o universo terminará, devemos primeiro medir com precisão seu conteúdo. Como o principal componente do universo é a energia escura, isso ditará sua evolução futura. O principal efeito da energia escura é que ela está acelerando a expansão do universo. Assim, o universo não está apenas ficando maior a cada dia, mas ficando cada vez maior a cada dia. Assumindo que a energia escura permanecerá inalterada (o que é uma grande suposição, porque atualmente não entendemos a natureza da energia escura), essa expansão acelerada acabará por expulsar quase todas as galáxias de nossa esfera observável, escreveu o astrofísico Kevin Pimbblet em The Conversation.

Daqui a centenas de bilhões de anos, quase todas as galáxias se tornarão invisíveis para nós. Eventualmente, a Via Láctea ficará sem gás fresco para criar novas estrelas. Daqui a trilhões de anos, as últimas estrelas se extinguirão, deixando para trás uma fina sopa de partículas fundamentais que esfriarão lentamente até uma temperatura de zero absoluto.

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RECURSOS ADICIONAIS

• Para se aprofundar na cosmologia, confira "Your Place in the Universe" (Prometheus, 2018), escrito pelo autor do artigo e astrofísico Paul M. Sutter.
• Explore o destino final do universo neste ótimo vídeo da PBS Space Time.
• Veja como calcular o tamanho do universo, não é pouca coisa neste episódio do podcast "Astronomy Cast".

BIBLIOGRAFIA

• Brennan, P. (2020, 3 de dezembro). O que é o universo? NASA. https://exoplanets.nasa.gov/what-is-an-exoplanet/what-is-the-universe/ 
• Halpern, P. (2012, 10 de outubro). Qual o tamanho do universo observável? PBS NOVA. https://www.pbs.org/wgbh/nova/article/how-large-is-the-observable-universe/ 
• NASA. (2010, 16 de abril). O que é a teoria da inflação? https://wmap.gsfc.nasa.gov/universe/bb_cosmo_infl.html#:~:text=A%20Inflação%20Teoria%20propõe%20a,relativamente%20gradualmente%20ao longo%20its%20history 
• Pimbblet, K. (2015, 3 de setembro). O destino do universo: Morte por calor, Big Rip ou consciência cósmica? The Conversation. https://theconversation.com/the-fate-of-the-universe-heat-death-big-rip-or-cosmic-consciousness-46157 
• Siegel, E. (2022, 4 de março). Pergunte a Ethan: Nosso universo realmente surgiu do nada? Grande Pense. https://bigthink.com/starts-with-a-bang/universe-nothing/

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Referência:

SUTTER, Paul. What is the universe? Live Science, Nova York, 03, mai. 2022. Referência. Disponível em: <https://www.livescience.com/what-is-the-universe>. Acesso em: 03, mai. 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.