O universo nasceu com o Big Bang como um ponto inimaginavelmente quente e denso. Quando o universo tinha apenas 10-34 de um segundo ou mais de idade – ou seja, um centésimo de um bilionésimo de um trilião de um trilião de um segundo de idade – experimentou uma incrível explosão de expansão conhecida como inflação, na qual o próprio espaço se expandiu mais rapidamente do que a velocidade da luz. Durante este período, o universo duplicou em tamanho pelo menos 90 vezes, passando de tamanho subatómico para tamanho de bola de golfe quase instantaneamente.
O trabalho que entra na compreensão do universo em expansão provém de uma combinação de física teórica e observações directas por astrónomos. Contudo, em alguns casos, os astrónomos não conseguiram ver provas directas – como o caso das ondas gravitacionais associadas ao fundo de microondas cósmicas, as radiações remanescentes do Big Bang. Um anúncio preliminar sobre a descoberta destas ondas em 2014 foi rapidamente retraído, após os astrónomos terem descoberto que o sinal detectado poderia ser explicado pela poeira na Via Láctea.
De acordo com a NASA, após a inflação o crescimento do universo continuou, mas a um ritmo mais lento. Com a expansão do espaço, o universo arrefeceu e a matéria formou-se. Um segundo após o Big Bang, o universo ficou cheio de neutrões, prótons, electrões, anti-electrões, fotões e neutrinos.
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Durante os primeiros três minutos do universo, os elementos de luz nasceram durante um processo conhecido como a nucleossíntese do Big Bang. As temperaturas arrefeceram de 100 nonillion (1032) Kelvin para 1 bilião (109) Kelvin, e os prótons e neutrões colidiram para fazer deutério, um isótopo de hidrogénio. A maior parte do deutério combinado para fazer hélio, e foram também geradas quantidades vestigiais de lítio.
Durante os primeiros 380.000 anos, aproximadamente, o universo era essencialmente demasiado quente para a luz brilhar, de acordo com o Centro Nacional de Investigação Espacial Francês (Centre National d’Etudes Spatiales, ou CNES). O calor da criação esmagou átomos juntamente com força suficiente para quebrá-los num plasma denso, uma sopa opaca de protões, neutrões e electrões que espalharam luz como nevoeiro.
Durante 380.000 anos após o Big Bang, a matéria arrefeceu o suficiente para os átomos se formarem durante a era da recombinação, resultando num gás transparente e electricamente neutro, de acordo com a NASA. Isto desencadeou o flash inicial de luz criado durante o Big Bang, que é hoje detectável como radiação cósmica de fundo de microondas. Contudo, após este ponto, o universo foi mergulhado na escuridão, uma vez que ainda não se tinham formado estrelas ou quaisquer outros objectos brilhantes.
Cerca de 400 milhões de anos após o Big Bang, o universo começou a emergir da era cósmica das trevas durante a época da reionização. Durante este tempo, que durou mais de meio bilião de anos, os tufos de gás entraram em colapso o suficiente para formar as primeiras estrelas e galáxias, cuja luz ultravioleta energética ionizou e destruiu a maior parte do hidrogénio neutro.
Embora a expansão do universo tenha abrandado gradualmente à medida que a matéria do universo se puxava a si própria através da gravidade, cerca de 5 ou 6 mil milhões de anos após o Big Bang, segundo a NASA, uma força misteriosa agora chamada energia negra começou a acelerar novamente a expansão do universo, um fenómeno que continua até hoje.
Pouco depois de 9 biliões de anos após o Big Bang, o nosso sistema solar nasceu.
O Big Bang
O Big Bang não ocorreu como uma explosão na forma habitual de pensar sobre tais coisas, apesar de se poder reunir a partir do seu nome. O universo não se expandiu para o espaço, uma vez que 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 toda a parte do universo. O universo não se expandiu de nenhum ponto desde o Big Bang – pelo contrário, o próprio espaço tem vindo a esticar-se, e a transportar matéria com ele.
Desde que o universo pela sua definição engloba todo o espaço e tempo tal como o conhecemos, a NASA diz que está para além do modelo do Big Bang dizer em que é que o universo se está a expandir ou o que deu origem ao Big Bang. Embora existam modelos que especulam sobre estas questões, nenhum deles fez previsões realistas até agora.
Em 2014, cientistas do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics anunciaram que tinham encontrado um sinal fraco no fundo cósmico de microondas que poderia ser a primeira prova directa de ondas gravitacionais, elas próprias consideradas uma “arma fumegante” para o Big Bang. As descobertas foram calorosamente debatidas, e os astrónomos logo retraíram os seus resultados quando se aperceberam que a poeira na Via Láctea poderia explicar as suas descobertas. mysterious ripples
Age
O universo está actualmente estimado em cerca de 13,8 mil milhões de anos de idade, mais ou menos 130 milhões de anos. Em comparação, o sistema solar tem apenas cerca de 4,6 mil milhões de anos de idade.
Esta estimativa resultou da medição da composição da matéria e da densidade de energia no universo. Isto permitiu aos investigadores calcular a rapidez com que o universo se expandiu no passado. Com esse conhecimento, puderam voltar atrás e extrapolar quando o Big Bang aconteceu. O tempo entre então e agora é a idade do universo.
Estrutura
Os cientistas pensam que nos primeiros momentos do universo, não havia nenhuma estrutura de que falar, com matéria e energia distribuídas de forma quase uniforme por todo o universo. Segundo a NASA, a atracção gravitacional de pequenas flutuações na densidade da matéria na altura deu origem à vasta estrutura em forma de teia de estrelas e ao vazio visto hoje em dia. Regiões densas puxavam cada vez mais matéria através da gravidade, e quanto mais maciças se tornavam, mais matéria podiam puxar através da gravidade, formando estrelas, galáxias e estruturas maiores conhecidas como aglomerados, superaglomerados, filamentos e paredes, com “grandes paredes” de milhares de galáxias atingindo mais de mil milhões de anos-luz de comprimento. Regiões menos densas não cresciam, evoluindo para uma área de espaço aparentemente vazio chamada vazios.
Conteúdo
até cerca de 30 anos atrás, os astrónomos pensavam que o universo era composto quase inteiramente de átomos comuns, ou “matéria bariónica”, de acordo com a NASA. Contudo, recentemente tem havido cada vez mais provas que sugerem que a maioria dos ingredientes que compõem o universo vêm em formas que não podemos ver.
Acontece que os átomos constituem apenas 4,6 por cento do universo. Do restante, 23% é constituído por matéria escura, que é provavelmente composta por uma ou mais espécies de partículas subatómicas que interagem de forma muito fraca com a matéria ordinária, e 72% é constituído por energia escura, que aparentemente está a impulsionar a expansão acelerada do universo.
Quando se trata dos átomos que conhecemos, o hidrogénio constitui cerca de 75%, enquanto que o hélio constitui cerca de 25%, com elementos mais pesados constituindo apenas uma pequena fracção dos átomos do universo, segundo a NASA.
Forma
A forma do universo e se é ou não finito ou infinito em extensão depende da luta entre a taxa da sua expansão e a atracção da gravidade. A força da atracção em questão depende em parte da densidade da matéria no universo.
Se a densidade do universo exceder um valor crítico específico, então o universo é “fechado” e “positivo curvado” como a superfície de uma esfera. Isto significa que os feixes de luz que são inicialmente paralelos convergirão lentamente, eventualmente cruzar-se-ão e voltarão ao seu ponto de partida, se o universo durar o tempo suficiente. Se assim for, de acordo com a NASA, o universo não é infinito mas não tem fim, tal como a área na superfície de uma esfera não é infinita mas não tem início ou fim de que se possa falar. Se a densidade do Universo for inferior a 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 expandir-se-á para sempre.
Se a densidade do universo for exactamente igual à densidade crítica, então a geometria do universo é “plana” com curvatura zero como uma folha de papel, de acordo com a NASA. Se assim for, o universo não tem limites e expandir-se-á para sempre, mas a taxa de expansão aproximar-se-á gradualmente de zero após um período de tempo infinito. Medidas recentes sugerem que o universo é plano com apenas uma margem de erro de 2%.
É possível que o universo tenha uma forma globalmente mais complicada, parecendo possuir uma curvatura diferente. Por exemplo, o universo poderia ter a forma de um toro, ou donut.
Expanding universe
Nos anos 20, o astrónomo Edwin Hubble descobriu que o universo não era estático. Pelo contrário, estava a expandir-se; uma descoberta que revelou o universo nasceu aparentemente num Big Bang.
Depois disso, pensou-se durante muito tempo que a gravidade da matéria no universo iria certamente retardar a expansão do universo. Depois, em 1998, as observações do Telescópio Espacial Hubble de supernovas muito distantes revelaram que há muito tempo atrás, o universo estava a expandir-se mais lentamente do que hoje. Por outras palavras, a expansão do universo não estava a abrandar devido à gravidade, mas sim, inexplicavelmente, estava a acelerar. O nome da força desconhecida que impulsiona esta expansão acelerada é energia negra, e permanece um dos maiores mistérios da ciência.
Relatos adicionais de Nola Taylor Redd e Elizabeth Howell, colaboradores do Space.com.
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