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Origens: CERN: Ideias: O Big Bang | Exploratorium

História do Universo
foto: CERN
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Sabia que a matéria no seu corpo tem bilhões de anos de idade?
De acordo com a maioria dos astrofísicos, toda a matéria encontrada hoje no Universo — incluindo a matéria das pessoas, plantas, animais, a terra, estrelas e galáxias — foi criada no primeiro momento, que se pensava ter sido há cerca de 13 bilhões de anos.
O Universo começou, acreditam os cientistas, com cada grão da sua energia encravado em um ponto muito pequeno. Este ponto extremamente denso explodiu com uma força inimaginável, criando matéria e impulsionando-a para fora para fazer os bilhões de galáxias do nosso vasto universo. Astrofísicos chamaram a esta explosão titânica o Big Bang.
O Big Bang não foi como nenhuma explosão que se possa testemunhar hoje na Terra. Por exemplo, uma explosão de bomba de hidrogênio, cujo centro registra aproximadamente 100 milhões de graus Celsius, move-se através do ar a cerca de 300 metros por segundo. Em contraste, cosmólogos acreditam que o Big Bang atira energia em todas as direções à velocidade da luz (300.000.000 metros por segundo, um milhão de vezes mais rápido que a bomba H) e estimam que a temperatura de todo o universo foi de 1000 trilhões de graus Celsius a apenas uma pequena fração de segundo após a explosão. Mesmo os núcleos das estrelas mais quentes do universo atual são muito mais frios do que isso.
Há outra qualidade importante do Big Bang que o torna único. Enquanto uma explosão de uma bomba feita pelo homem se expande pelo ar, o Big Bang não se expande por nada. Isso porque não havia espaço para se expandir no início dos tempos. Ao contrário, os físicos acreditam que o Big Bang criou e esticou o próprio espaço, expandindo o universo.

Um Universo em Resfriamento, em Expansão

Hubble Deep Field
foto: Space Telescope Science Institute
Como o Universo primitivo arrefeceu, a matéria produzida no Big Bang reuniu-se em estrelas e galáxias.

Por um breve momento após o Big Bang, o imenso calor criou condições diferentes de quaisquer condições que os astrofísicos vêem hoje no Universo. Enquanto planetas e estrelas hoje são compostos por átomos de elementos como hidrogênio e silício, os cientistas acreditam que o Universo naquela época era muito quente para qualquer coisa que não fossem as partículas mais fundamentais – como quarks e fótons.
Mas conforme o Universo se expandia rapidamente, a energia do Big Bang se tornava mais e mais “diluída” no espaço, causando o arrefecimento do Universo. Abrir uma garrafa de cerveja resulta num arrefecimento mais ou menos semelhante, expandindo o efeito: o gás, uma vez confinado na garrafa, espalha-se no ar, e a temperatura da cerveja cai.
O arrefecimento rápido permitiu que a matéria como a conhecemos se formasse no universo, embora os físicos ainda estejam tentando descobrir exatamente como isso aconteceu. Cerca de um décimo de segundo após o Big Bang, formaram-se prótons e nêutrons, e em poucos minutos essas partículas se uniram para formar núcleos atômicos, em sua maioria hidrogênio e hélio. Centenas de milhares de anos depois, os electrões colaram-se aos núcleos para formar átomos completos.
Sobre um bilhão de anos após o Big Bang, a gravidade fez com que estes átomos se juntassem em enormes nuvens de gás, formando coleções de estrelas conhecidas como galáxias. A gravidade é a força que puxa quaisquer objetos com massa uns para os outros — a mesma força, por exemplo, que faz com que uma bola jogada no ar caia para a terra.
De onde vêm planetas como a terra? Ao longo de bilhões de anos, as estrelas “cozinham” átomos de hidrogênio e hélio em seus núcleos quentes para fazer elementos mais pesados como carbono e oxigênio. Grandes estrelas explodem com o tempo, explodindo estes elementos no espaço. Esta matéria condensa-se então nas estrelas, planetas e satélites que compõem sistemas solares como os nossos.

Como é que sabemos que o Big Bang aconteceu?
Astrofísicos descobriram uma grande quantidade de provas convincentes nos últimos cem anos para apoiar a teoria do Big Bang. Entre essas evidências está a observação de que o universo está se expandindo. Olhando para a luz emitida por galáxias distantes, os cientistas descobriram que estas galáxias estão se afastando rapidamente da nossa galáxia, a Via Láctea. Uma explosão como o Big Bang, que enviou matéria voando para fora de um ponto, explica esta observação.


Você sabia que a estática em sua televisão é causada pela radiação deixada pelo Big Bang?

Outra descoberta crítica foi a observação de baixos níveis de microondas em todo o espaço. Os astrônomos acreditam que essas microondas, cuja temperatura é de cerca de -270 graus Celsius, são os remanescentes da radiação de temperatura extremamente alta produzida pelo Big Bang.
Interessantemente, os astrônomos podem ter uma idéia de quão quente o universo costumava ser olhando para nuvens de gás muito distantes através de telescópios de alta potência. Como a luz dessas nuvens pode levar bilhões de anos para chegar aos nossos telescópios, vemos corpos como eles apareceram há eons atrás. E eis que estas antigas nuvens de gás parecem ser mais quentes do que as nuvens mais jovens.
Os cientistas também têm sido capazes de sustentar a teoria do Big Bang, medindo as quantidades relativas de diferentes elementos no universo. Eles descobriram que o universo contém cerca de 74% de hidrogênio e 26% de hélio por massa, os dois elementos mais leves. Todos os outros elementos mais pesados – incluindo elementos comuns na Terra, como o carbono e o oxigénio – constituem apenas um pequeno vestígio de toda a matéria.
Então como é que isto prova alguma coisa sobre o Big Bang? Os cientistas têm mostrado, usando cálculos teóricos, que estas abundâncias só poderiam ter sido feitas num universo que começou num estado muito quente e denso, e depois rapidamente arrefecido e expandido. Este é exatamente o tipo de universo que a teoria do Big Bang prediz.
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