No começo, o Universo se expandiu muito, muito rápido.
(Imagem: © Flickr / Jamie, CC BY-SA)
Paul Sutter é um astrofísico da Universidade Estadual de Ohio e o principal cientista do centro de ciências COSI. Sutter também é apresentador do Ask a Spaceman e Space Radio, e lidera o AstroTours ao redor do mundo. Sutter contribuiu com este artigo para Expert Voices: Op-Ed & Insights da Space.com.
Há 13,8 bilhões de anos, todo o nosso universo observável era do tamanho de um pêssego e tinha uma temperatura superior a um trilhão de graus.
Essa é uma afirmação bastante simples, mas muito ousada de se fazer, e não é uma afirmação feita de maneira leve ou fácil. De fato, mesmo cem anos atrás, isso pareceria absurdo, mas aqui estamos nós, dizendo que não é grande coisa. Mas, como em qualquer coisa da ciência, declarações simples como essa são construídas a partir de montanhas de múltiplas linhas de evidências independentes que apontam para a mesma conclusão - neste caso, o Big Bang, nosso modelo da história do nosso universo. [O Universo: Big Bang até agora em 10 etapas fáceis]
Mas, como eles dizem, não aceite minha palavra. Aqui estão cinco evidências para o Big Bang:
# 1: o céu noturno está escuro
Imagine por um momento que vivemos em um universo perfeitamente infinito, no tempo e no espaço. As brilhantes coleções de estrelas continuam para sempre em todas as direções, e o universo sempre foi e sempre será. Isso significaria onde quer que você olhasse no céu - basta escolher uma direção aleatória e olhar - você seria obrigado a encontrar uma estrela lá fora, em algum lugar, a alguma distância. Esse é o resultado inevitável de um universo infinito.
E se esse mesmo universo existe para sempre, então há muito tempo para que a luz dessa estrela rasteje pelo cosmos a uma velocidade relativamente lenta de c, para alcançar seus olhos. Mesmo a presença de qualquer poeira intermediária não diminuiria a luz acumulada de uma infinidade de estrelas espalhadas por um cosmos infinitamente grande.
Logo, o céu deve estar em chamas com a luz combinada de uma multidão de estrelas. Em vez disso, é principalmente escuridão. Vazio. Vazio. Escuridão. Você sabe espaço.
O físico alemão Heinrich Olbers pode não ter sido a primeira pessoa a notar esse aparente paradoxo, mas seu nome se apegou à ideia: é conhecido como paradoxo de Olbers. A simples resolução? Ou o universo não é infinito em tamanho ou não é infinito no tempo. Ou talvez não seja.
# 2: existem quasares
Assim que os pesquisadores desenvolveram radiotelescópios sensíveis, nos anos 50 e 60, eles notaram fontes de rádio estranhamente altas no céu. Através de uma investigação astronômica significativa, os cientistas determinaram que essas fontes de rádio quase-estelares, ou "quasares", eram galáxias ativas muito distantes, mas incomumente brilhantes.
O mais importante para essa discussão é a parte "muito distante" dessa conclusão.
Como a luz leva tempo para viajar de um lugar para outro, não vemos estrelas e galáxias como são agora, mas como eram há milhares, milhões ou bilhões de anos atrás. Isso significa que olhar mais fundo no universo também está olhando mais fundo no passado. Vemos muitos quasares no cosmos distante, o que significa que esses objetos eram bilhões muito comuns de anos atrás. Mas quase não existem quasares em nosso bairro local, atualizado. E eles são comuns o suficiente no universo distante (ou seja, jovem) que devemos ver muito mais em nossa vizinhança.
A simples conclusão: o universo era diferente no passado do que é hoje.
# 3: está ficando maior
Vivemos em um universo em expansão. Em média, as galáxias estão se afastando de todas as outras galáxias. Certamente, algumas pequenas colisões locais acontecem por sobras de interações gravitacionais, como a Via Láctea colidirá com Andrômeda em alguns bilhões de anos. Mas em larga escala, esse relacionamento simples e expansionista é verdadeiro. Foi isso que o astrônomo Edwin Hubble descobriu no início do século 20, logo após descobrir que "galáxias" eram realmente uma coisa. [Acidente frontal da Via Láctea com Andrômeda: imagens do artista]
Em um universo em expansão, as regras são simples. Toda galáxia está se afastando (quase) de qualquer outra galáxia. A luz de galáxias distantes será deslocada para vermelho - os comprimentos de onda da luz que eles liberam ficarão mais longos e, portanto, mais vermelhos, da perspectiva de outras galáxias. Você pode ficar tentado a pensar que isso se deve ao movimento de galáxias individuais acelerando ao redor do universo, mas a matemática não se encaixa.
A quantidade de desvio para o vermelho de uma galáxia específica está relacionada à distância que está. Galáxias mais próximas receberão uma certa quantidade de desvio para o vermelho. Uma galáxia duas vezes mais distante terá o dobro do desvio para o vermelho. Quatro vezes a distância? É isso mesmo, quatro vezes o desvio para o vermelho. Para explicar isso com apenas galáxias circulando, tem que haver uma conspiração realmente estranha, em que todos os cidadãos galácticos do universo concordam em se mover nesse padrão muito específico.
Em vez disso, há uma explicação muito mais simples: o movimento das galáxias se deve ao alongamento do espaço entre essas galáxias.
Vivemos em um universo dinâmico e em evolução. Era menor no passado e será maior no futuro.
# 4: A radiação da relíquia
Vamos jogar um jogo. Suponha que o universo fosse menor no passado. Isso significa que teria sido mais denso e mais quente, certo? Certo - todo o conteúdo do cosmos teria sido agrupado em um espaço menor, e densidades mais altas significam temperaturas mais altas.
Em algum momento, quando o universo era, digamos, um milhão de vezes menor do que é agora, tudo teria sido tão esmagado que seria um plasma. Nesse estado, os elétrons seriam liberados de seus hosts nucleares e livres para nadar, toda essa matéria banhada em radiação intensa e de alta energia.
Mas, à medida que o universo infantil se expandisse, teria esfriado a um ponto em que, de repente, os elétrons pudessem se acomodar confortavelmente em torno dos núcleos, formando os primeiros átomos completos de hidrogênio e hélio. Naquele momento, a radiação intensa e louca vagaria sem obstáculos pelo universo recém-fino e transparente. E, à medida que esse universo se expandia, a luz que começava literalmente quente teria esfriado, esfriado, esfriado a alguns graus acima do zero absoluto, colocando os comprimentos de onda firmemente na faixa de microondas.
E quando apontamos nossos telescópios de microondas para o céu, o que vemos? Um banho de radiação de fundo, nos cercando por todos os lados e quase perfeitamente uniforme (em uma parte em 100.000!) Em todas as direções. Uma foto de bebê do universo. Um cartão postal de uma era há muito morta. Luz de um tempo quase tão antigo quanto o próprio universo.
# 5: é elementar
Empurre o relógio ainda mais longe do que a formação do fundo cósmico de microondas e, em algum momento, as coisas são tão intensas, tão loucas que nem mesmo prótons e nêutrons existem. É apenas uma sopa de suas partes fundamentais, os quarks e glúons. Porém, novamente, à medida que o universo se expandia e esfriava desde os primeiros minutos frenéticos de sua existência, os núcleos mais leves, como hidrogênio e hélio, congelavam e se formavam.
Atualmente, temos um controle decente sobre a física nuclear e podemos usar esse conhecimento para prever a quantidade relativa dos elementos mais leves do nosso universo. A previsão: que a sopa gelada devesse ter gerado cerca de três quartos de hidrogênio, um quarto de hélio e um punhado de "outros".
O desafio então vai para os astrônomos, e o que eles encontram? Um universo composto de, aproximadamente, três quartos de hidrogênio, um quarto de hélio e uma porcentagem menor de "outro". Bingo.
Também há mais evidências, é claro. Mas este é apenas o ponto de partida para a nossa imagem moderna do Big Bang do cosmos. Múltiplas linhas independentes de evidência apontam para a mesma conclusão: nosso universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos e, ao mesmo tempo, era do tamanho de um pêssego e tinha uma temperatura superior a um trilhão de graus.
Saiba mais ouvindo o episódio "O que acontece quando as galáxias colidem?" no podcast Ask A Spaceman, disponível no iTunes e na Web em http://www.askaspaceman.com. Agradecemos a Mike D., Tripp B., Sedas S., Isla e Patrick D. pelas perguntas que levaram a esta peça! Faça sua própria pergunta no Twitter usando #AskASpaceman ou seguindo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter. Siga-nos em @Spacedotcom, Facebook e Google+. Artigo original no Space.com.
