Não é segredo que o universo é um lugar extremamente vasto. E, dado o grande volume desse espaço, seria de esperar que a quantidade de matéria contida fosse igualmente impressionante.
Mas, curiosamente, é quando você olha para esse assunto na menor escala que os números se tornam os mais impressionantes. Por exemplo, acredita-se que entre 120 a 300 sextilhões (ou seja, 1,2 x 10²³ a 3,0 x 10²³) de estrelas existam em nosso universo observável. Mas olhando mais de perto, na escala atômica, os números ficam ainda mais inconcebíveis.
Nesse nível, estima-se que haja entre 1078 a 1082 átomos no universo conhecido e observável. Nos termos dos leigos, isso funciona entre dez quatrilhões de vigilância e cem mil milhões de quatrilhões de átomos de vigilância.
E, no entanto, esses números não refletem com precisão a quantidade de matéria que o universo pode realmente abrigar. Como já foi dito, essa estimativa é responsável apenas pelo universo observável que chega a 46 bilhões de anos-luz em qualquer direção e baseia-se em onde a expansão do espaço levou os objetos mais distantes observados.
Enquanto um supercomputador alemão recentemente fez uma simulação e estimou que existem cerca de 500 bilhões de galáxias dentro do alcance da observação, uma estimativa mais conservadora coloca o número em cerca de 300 bilhões. Como o número de estrelas em uma galáxia pode chegar a 400 bilhões, o número total de estrelas pode estar em torno de 1,2 × 1023 - ou pouco mais de 100 sextilhões.
Em média, cada estrela pode pesar cerca de 1035 gramas. Assim, a massa total seria de cerca de 1058 gramas (1,0 x 1052 toneladas). Como se sabe que cada grama de matéria possui cerca de 1024 prótons, ou aproximadamente o mesmo número de átomos de hidrogênio (uma vez que um átomo de hidrogênio tem apenas um próton), o número total de átomos de hidrogênio seria aproximadamente 1086 - aka. cem mil e quatrilhões de vigilância.
Dentro desse universo observável, esse assunto se espalha de maneira homogênea pelo espaço, pelo menos quando a média é feita em distâncias superiores a 300 milhões de anos-luz. Em escalas menores, no entanto, observa-se que a matéria se forma nos grupos de matéria luminosa organizada hierarquicamente com a qual todos estamos familiarizados.
Em resumo, a maioria dos átomos é condensada em estrelas, a maioria das estrelas é condensada em galáxias, a maioria das galáxias em aglomerados, a maioria de aglomerados em superaglomerados e, finalmente, nas estruturas de maior escala como a Grande Muralha das Galáxias (também conhecida como a Grande Muralha de Sloan) . Em uma escala menor, esses aglomerados são permeados por nuvens de partículas de poeira, nuvens de gás, asteróides e outros pequenos aglomerados de matéria estelar.
A matéria observável do Universo também se espalha isotropicamente; significando que nenhuma direção de observação parece diferente uma da outra e cada região do céu tem aproximadamente o mesmo conteúdo. O Universo também é banhado por uma onda de radiação de microondas altamente isotrópica que corresponde a um equilíbrio térmico de aproximadamente 2.725 kelvin (logo acima do Zero Absoluto).
A hipótese de que o universo em larga escala é homogêneo e isotrópico é conhecida como princípio cosmológico. Isto afirma que as leis físicas agem uniformemente em todo o universo e, portanto, não devem produzir irregularidades observáveis na estrutura de grande escala. Essa teoria foi apoiada por observações astronômicas que ajudaram a traçar a evolução da estrutura do universo desde que foi inicialmente estabelecida pelo Big Bang.
O consenso atual entre os cientistas é que a grande maioria da matéria foi criada nesse evento, e que a expansão do Universo desde então não adicionou nova matéria à equação. Pelo contrário, acredita-se que o que vem ocorrendo nos últimos 13,7 bilhões de anos tenha sido simplesmente uma expansão ou dispersão das massas que foram criadas inicialmente. Ou seja, nenhuma quantidade de matéria que não existia no início foi adicionada durante essa expansão.
No entanto, a equivalência de Einstein de massa e energia apresenta uma ligeira complicação para essa teoria. Esta é uma conseqüência decorrente da Relatividade Especial, na qual a adição de energia a um objeto aumenta sua massa incrementalmente. Entre todas as fusões e fisões, os átomos são regularmente convertidos de partículas em energias e vice-versa.
No entanto, observado em larga escala, a densidade geral de matéria do universo permanece a mesma ao longo do tempo. Estima-se que a densidade atual do universo observável seja muito baixa - aproximadamente 9,9 × 10-30 gramas por centímetro cúbico. Essa energia de massa parece consistir em 68,3% de energia escura, 26,8% de matéria escura e apenas 4,9% de matéria comum (luminosa). Assim, a densidade dos átomos é da ordem de um único átomo de hidrogênio para cada quatro metros cúbicos de volume.
As propriedades da energia escura e da matéria escura são amplamente desconhecidas e podem ser uniformemente distribuídas ou organizadas em grupos como a matéria normal. No entanto, acredita-se que a matéria escura gravita como a matéria comum e, portanto, trabalha para retardar a expansão do Universo. Por outro lado, a energia escura acelera sua expansão.
Mais uma vez, esse número é apenas uma estimativa aproximada. Quando usado para estimar a massa total do Universo, geralmente fica aquém do que outras estimativas prevêem. E no final, o que vemos é apenas uma fração menor do todo.
Temos muitos artigos relacionados à quantidade de matéria no Universo aqui na Space Magazine, como Quantas galáxias no universo e quantas estrelas estão na Via Láctea?
A NASA também tem os seguintes artigos sobre o universo, como Quantas galáxias existem? e este artigo sobre as estrelas em nossa galáxia.
Também temos episódios de podcast da Astronomy Cast sobre Galaxies e Variable Stars.
