O que é a Teoria do Big Bang ?
A teoria do Big Bang é a principal explicação sobre como o universo começou. Na sua forma mais simples, diz que o universo, tal como o conhecemos, começou com uma pequena singularidade, depois influiu nos próximos 13,8 bilhões de anos para o cosmos que conhecemos hoje.
Porque os instrumentos atuais não permitem aos astrônomos revisar o nascimento do universo, muito do que entendemos sobre a Teoria do Big Bang vem de fórmulas e modelos matemáticos. Os astrônomos podem, no entanto, ver o “eco” da expansão através de um fenômeno conhecido como a radiação cósmica de fundo em microondas.
Enquanto a maioria da comunidade astronômica aceita a teoria, há alguns teóricos que têm explicações alternativas além do Big Bang — como a inflação eterna ou um universo oscilante.
A frase “Teoria do Big Bang” tem sido popular entre os astrofísicos há décadas, mas atingiu o convencional em 2007, quando um show de comédia com o mesmo nome estreou na CBS. O show segue a vida doméstica e acadêmica de vários pesquisadores (incluindo um astrofísico).
O primeiro segundo e o nascimento da luz
No primeiro segundo depois do início do universo, a temperatura ambiente era de cerca de 10 bilhões de graus Fahrenheit (5,5 bilhões de centígrados), de acordo com a NASA . O cosmos continha uma grande variedade de partículas fundamentais, como nêutrons, elétrons e prótons. Estes decadentes ou combinados como o universo ficou mais frio.
Esta sopa inicial teria sido impossível de ver, porque a luz não podia atuar dentro dela. “Os elétrons livres teriam causado luz (fótons) para espalhar o modo como a luz solar se dispersa das gotículas de água nas nuvens”, afirmou a NASA. Ao longo do tempo, no entanto, os elétrons livres se encontraram em núcleos e criaram átomos neutros. Isso permitiu que a luz brilhasse cerca de 380.000 anos após o Big Bang.
Esta luz inicial — às vezes chamada de “pós-brilho” do Big Bang — é mais conhecida como a radiação cósmica de fundo em microondas (CMB). Prevista pela primeira vez por Ralph Alpher e outros cientistas em 1948, mas foi encontrada apenas por acidente quase 20 anos depois. [ Imagens: Peering de volta ao Big Bang & Early Universe ]
Arno Penzias e Robert Wilson, ambos da Bell Telephone Laboratories em Murray Hill, Nova Jersey, estavam construindo um receptor de rádio em 1964 e obtendo temperaturas superiores às esperadas, de acordo com a NASA . No começo, eles achavam que a anomalia era devido a pombos e seu esterco, mas mesmo depois de limpar a bagunça e matar pombos que tentavam pousar dentro da antena , a anomalia persistiu.
Simultaneamente, uma equipe da Universidade de Princeton (liderada por Robert Dicke) estava tentando encontrar provas da CMB e percebeu que Penzias e Wilson haviam tropeçado. As equipes publicaram artigos no Astrophysical Journal em 1965.
Determinando a idade do universo
A radiação cósmica de fundo em microondas foi observada em muitas missões. Uma das mais famosas missões espaciais foi o satélite Cosmic Background Explorer da NASA (COBE), que mapeou o céu na década de 1990.
Várias outras missões seguiram os passos do COBE, como o experimento BOOMERANG (Observações de balão de radiação extragaláctica milimétrica e geofísica), a sonda de anisotropia de microondas Wilkinson da NASA (WMAP) e o satélite Planck da Agência Espacial Européia.
As observações do Planck, lançadas pela primeira vez em 2013, mapearam o cenário em detalhes sem precedentes e revelaram que o universo era mais antigo do que se pensava anteriormente: 13,82 bilhões de anos, em vez de 13,7 bilhões de anos. [ Relacionado: Qual é a idade do Universo? ] (A missão do observatório de pesquisa está em andamento e novos mapas da CMB são publicados periodicamente).
Os mapas dão origem a novos mistérios, no entanto, como por que o hemisfério sul aparece um pouco mais vermelho (mais quente) que o hemisfério norte . A Teoria do Big Bang diz que a CMB seria principalmente a mesma, não importa onde você olhe.
Examinar a CMB também fornece pistas de astrônomos quanto à composição do universo. Os pesquisadores pensam que a maioria do cosmos é constituída por matéria e energia que não podem ser “percebidas” com instrumentos convencionais, levando ao nome de matéria escura e energia escura . Apenas 5% do universo é composto de matéria como planetas, estrelas e galáxias.
Polêmica das ondas gravitacionais
Enquanto os astrônomos podiam ver o começo do universo, eles também estavam buscando evidências de sua rápida inflação. A teoria diz que no primeiro segundo depois do nascimento do universo, nosso cosmos cresceu mais rápido do que a velocidade da luz . Isso, por sinal, não viola o limite de velocidade de Albert Einstein, pois ele disse que a luz é o máximo que qualquer coisa pode viajar dentro do universo. Isso não se aplicava à inflação do próprio universo.
Em 2014, os astrônomos disseram ter encontrado evidências na CMB sobre os “modos B”, uma espécie de polarização gerada à medida que o universo aumentava e criava ondas gravitacionais . A equipe detectou evidências disso usando um telescópio antártico chamado “Imagem de fundo da polarização extragaláctica cósmica”, ou BICEP2.
“Estamos muito confiantes de que o sinal que estamos vendo é real e está no céu”, disse o pesquisador principal John Kovac, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, a Space.com em março de 2014.
Mas em junho, a mesma equipe disse que suas descobertas poderiam ter sido alteradas por poeira galáctica no caminho do campo de visão.
“A tomada básica não mudou, temos alta confiança em nossos resultados”, disse Kovac em entrevista coletiva divulgada pelo New York Times . “Novas informações do Planck fazem com que as previsões pré-planckianas de poeira fossem muito baixas”, acrescentou.
Os resultados do Planck foram colocados on-line em formato pré-publicado em setembro. Em janeiro de 2015, pesquisadores de ambas as equipes trabalhando juntos “confirmaram que o sinal do Bicep era maioritariamente, se não em todos”, afirmou o jornal New York Times em outro artigo.
Separadamente, as ondas gravitacionais foram confirmadas quando se fala sobre movimentos e colisões de buracos negros que são algumas dezenas de massas maiores que o nosso sol. Essas ondas foram detectadas várias vezes pelo Observatório de Onda Gravitacional de Interferômetro Laser (LIGO) desde 2016. À medida que o LIGO se torna mais sensível, espera-se que a descoberta de ondas gravitacionais relacionadas ao buraco negro seja um evento bastante frequente.
Inflação mais rápida, multiversos e traçando o início
O universo não está apenas se expandindo, mas fica mais rápido à medida que se infla . Isso significa que com o tempo, ninguém poderá detectar outras galáxias da Terra ou qualquer outro ponto de vantagem dentro da nossa galáxia.
“Veremos galáxias distantes se afastando de nós, mas sua velocidade está aumentando com o tempo”, disse o astrônomo da Universidade de Harvard, Avi Loeb, em um artigo de março de 2014.
“Então, se você esperar o tempo suficiente, eventualmente, uma galáxia distante alcançará a velocidade da luz. O que isso significa é que mesmo a luz não conseguirá preencher a lacuna que está sendo aberta entre essa galáxia e nós. Não há como evitar extraterrestres naquela galáxia para se comunicar conosco, para enviar quaisquer sinais que nos alcançarão, uma vez que sua galáxia se mova mais rápido que a luz em relação a nós”.
Alguns físicos também sugerem que o universo que experimentamos é apenas um dos muitos. No modelo “multiverso”, diferentes universos coexistiriam uns com os outros como bolhas de lado a lado. A teoria sugere que, naquele primeiro grande impulso da inflação, diferentes partes do espaço-tempo cresceram a taxas diferentes . Isso poderia ter esculpido diferentes seções — universos diferentes — com leis potencialmente diferentes da física.
“É difícil construir modelos de inflação que não conduzam a um multiverso”, disse Alan Guth, físico teórico do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, durante uma coletiva de imprensa em março de 2014 sobre a descoberta de ondas gravitacionais. (Guth não está afiliado a esse estudo).
“Não é impossível, então acho que ainda há pesquisas que precisam ser feitas. Mas a maioria dos modelos de inflação leva a um multiverso, e a evidência de inflação nos empurrará na direção de levar [a ideia de um] multiverso a sério”.
Embora possamos entender como o universo que vemos veio a ser, é possível que o Big Bang não seja o primeiro período inflacionário que o universo experimentou. Alguns cientistas acreditam que vivemos em um cosmos que atravessa ciclos regulares de inflação e deflação, e que simplesmente vivemos em uma dessas fases.