Bem-vindo de volta à terceira e última parcela da Cosmology 101. Até agora, cobrimos a história do universo até o momento presente. Mas o que acontece depois? Como nosso universo terminará? E como podemos ter tanta certeza de que foi assim que a história se desenrolou?
Robert Frost escreveu certa vez: “Alguns dizem que o mundo terminará em fogo; alguns dizem no gelo. Da mesma forma, alguns cientistas postularam que o universo poderia sofrer uma morte dramática e cataclísmica - um "Big Rip" ou um "Big Crunch" - ou um "Big Freeze" mais lento e gradual. O destino final do nosso cosmos tem muito a ver com sua forma. Se o universo estivesse aberto, como uma sela, e a densidade de energia da energia escura aumentava sem limites, a taxa de expansão do cosmos acabaria se tornando tão grande que até os átomos seriam despedaçados - um Grande Rasgo. Por outro lado, se o universo estivesse fechado, como uma esfera, e Como a força da gravidade superava a influência da energia escura, a expansão externa do cosmos acabaria parando e revertendo, entrando em colapso sobre si mesma em uma grande crise.
Apesar da beleza poética do fogo, no entanto, as observações atuais favorecem um fim glacial do nosso universo - um Big Freeze. Os cientistas acreditam que vivemos em um universo espacialmente plano cuja expansão está se acelerando devido à presença de energia escura; no entanto, a densidade total de energia do cosmos é provavelmente menor ou igual à chamada "densidade crítica", portanto não haverá Big Rip. Em vez disso, o conteúdo do universo eventualmente se afastará proibitivamente um do outro e a troca de calor e energia cessará. O cosmos terá atingido um estado de entropia máxima, e nenhuma vida será capaz de sobreviver. Deprimente e um pouco anticlimático? Possivelmente. Mas provavelmente não será perceptível até que o universo tenha pelo menos o dobro da idade atual.
Nesse ponto, você pode estar gritando: “Como sabemos tudo isso? Não é tudo especulação desenfreada? " Bem, antes de tudo, sabemos sem dúvida que o universo está se expandindo. As observações astronômicas demonstram consistentemente que a luz de estrelas distantes é sempre desviada para vermelho em relação a nós; isto é, seu comprimento de onda foi esticado devido à expansão do cosmos. Isso leva a duas possibilidades quando você volta no tempo: o universo em expansão sempre existiu e é infinito em idade, ou começou a se expandir de uma versão menor de si mesmo em um horário específico no passado e, portanto, tem uma idade fixa. Durante muito tempo, os defensores da teoria do estado estacionário endossaram a explicação anterior. Não foi até Arno Penzias e Robert Wilson descobrirem o fundo cósmico de microondas em 1965 que a teoria do big bang se tornou a explicação mais aceita para a origem do universo.
Por quê? Algo tão grande quanto o nosso cosmo leva um bom tempo para esfriar completamente. Se o universo começou, de fato, com o tipo de energia escaldante que a teoria do big bang prevê, os astrônomos ainda devem ver um pouco de calor hoje em dia. E eles fazem: um brilho uniforme de 3K disperso uniformemente em todos os pontos do céu. Não apenas isso - mas o WMAP e outros satélites observaram pequenas inomogeneidades no CMB que correspondem exatamente ao espectro inicial de flutuações quânticas previstas pela teoria do big bang.
O quê mais? Dê uma olhada nas abundâncias relativas de elementos leves no universo. Lembre-se de que durante os primeiros minutos da vida jovem do cosmos, a temperatura ambiente era alta o suficiente para ocorrer a fusão nuclear. As leis da termodinâmica e a densidade relativa dos bárions (ou seja, prótons e nêutrons) juntas determinam exatamente quanto deutério (hidrogênio pesado), hélio e lítio pode ser formado neste momento. Como se vê, há muito mais hélio (25%!) Em nosso universo atual do que poderia ser criado pela nucleossíntese no centro das estrelas. Enquanto isso, um universo inicial quente - como o postulado pela teoria do big bang - dá origem à exato proporções de elementos leves que os cientistas observam na revista Space.
Mas espere, tem mais. A distribuição da estrutura em larga escala no universo pode ser mapeada extremamente bem com base apenas nas anisotropias observadas no CMB. Além disso, a estrutura em larga escala de hoje parece muito diferente daquela em alto desvio para o vermelho, implicando um universo dinâmico e em evolução. Além disso, a idade das estrelas mais antigas parece ser consistente com a idade do cosmos dada pela teoria do big bang. Como qualquer teoria, ela tem suas fraquezas - por exemplo, o problema do horizonte ou o problema da planicidade ou os problemas da energia escura e da matéria escura; mas, em geral, as observações astronômicas correspondem às previsões da teoria do big bang muito mais próximas do que qualquer idéia rival. Até que isso mude, parece que a teoria do big bang veio para ficar.
