A ciência por trás da teoria do Big Bang

Evidências da teoria do Big Bang e do que aconteceu imediatamente após a expansão.

Uma visão final de uma das primeiras colisões de energia total entre íons de ouro no Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) do Brookhaven Lab, conforme capturado pelo detector Solenoidal Tracker At RHIC (STAR). As colisões criam uma sopa de quark-gluon que reproduz o estado do universo menos de 10 microssegundos após o Big Bang. As trilhas indicam os caminhos percorridos por milhares de partículas subatômicas produzidas nas colisões à medida que passam pela câmera digital 3-D da STAR. Crédito: BNL. 

A primeira sugestão do Big Bang foi em 1912. O astrônomo Vesto Slipher “conduziu uma série de observações de galáxias espirais (que se acreditava serem nebulosas) e mediu seu desvio para o vermelho Doppler. Em quase todos os casos, observou-se que as galáxias espirais estavam se afastando da nossa”, de acordo com este artigo do phys.org . Mais tarde, na década de 1930, Edwin Hubble utilizou o maior telescópio do mundo e mostrou que todas as galáxias distantes pareciam estar a afastar-se de nós. Isso significa que quanto mais longe eles estão, mais rápido eles se retraem.

A primeira e mais confiável evidência que temos veio de 1964, quando cientistas do Bell Labs descobriram a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, confirmando que houve um Big Bang. Esta cosmologia revolucionou a forma como vemos o universo e como vemos o nosso lugar dentro dele.        

Os cientistas apresentaram várias explicações possíveis para o que aconteceu antes do Big Bang, se é que aconteceu alguma coisa, e é perfeitamente possível que não tenha havido uma era anterior. Supondo que isso seja verdade, significa que a matéria, a energia, o espaço e o tempo começaram abruptamente.

O que aconteceu depois do Big Bang?

O que aconteceu imediatamente após as explosões é chamado de Era Planck: o período de tempo mais antigo conhecido. De acordo com as teorias da física, um segundo após o Big Bang, o calor do universo fez com que os átomos colidissem com força suficiente para criar uma sopa de dez bilhões de graus de nêutrons, prótons, elétrons, pósitrons, fótons e neutrinos. Essencialmente, as inflações cósmicas criaram uma sopa de plasma de partículas subatômicas. Parece que foi isso que deu origem à matéria escura e provavelmente à fase em que a matéria ganha superioridade sobre a antimatéria.

Nos primeiros 300 segundos de existência do universo, os elementos hidrogênio, hélio e um pouco de lítio se formam a partir dos prótons e nêutrons. Este processo é chamado de nucleossíntese e é uma teoria que prevê com precisão a abundância de elementos e isótopos encontrados nas primeiras amostras do universo, como algumas das estrelas mais antigas. Esta verificação é uma forte indicação de que o nosso modelo do universo é preciso.

300 mil anos depois, quando a sopa quase uniforme esfriou, os átomos formaram outros núcleos. Os fótons pararam de se espalhar pelo espaço, transformando o universo opaco anterior em um com a luz visível. Esses mesmos fótons, o verdadeiro brilho posterior do Big Bang conhecido como  radiação cósmica de fundo , ainda podem ser observados hoje.

A radiação cósmica de fundo e o Big Bang

As agências espaciais lançaram três missões para estudar esta radiação cósmica de fundo, tirando fotografias do universo a bebés apenas 400 mil anos após o seu nascimento. As duas primeiras sondas mapeiam os pontos quentes e frios primordiais na radiação cósmica de fundo, medindo diferenças de temperatura que estão distribuídas quase uniformemente por todo o universo. Uma terceira missão, com instrumentos sensíveis a variações de temperatura de alguns milhões de graus, fez os mapas mais precisos da radiação de fundo em micro-ondas até agora.

A idade das trevas antes do nascimento das estrelas

Cerca de um milhão de anos após o Big Bang, entramos num período chamado  Idade das Trevas , que é conhecido como a fronteira final da cosmologia. Pouco se sabe sobre este período, exceto que foi o período anterior ao nascimento das primeiras estrelas. Acredita-se que a Idade das Trevas tenha durado cerca de 100 milhões de anos.

No entanto, devido ao limite das observações atuais, os objetos mais antigos que podemos ver datam de uma época em que o Universo tinha apenas algumas centenas de milhões de anos. Dois projetos futuros que já começaram a ser construídos são projetados especificamente para lançar alguma luz sobre esta era e, esperançosamente, encerrar a Idade das Trevas.

Então, dez mil milhões de anos após o Big Bang, a energia escura, uma força misteriosa começa a acelerar. Depois disso, 13,8 bilhões de anos após o Big Bang, chegamos ao nosso tempo hoje.

O fim do universo

O destino final do universo depende da energia escura. Se o Universo continuar a crescer aproximadamente ao mesmo ritmo, daqui a 30 mil milhões de anos, todas as galáxias seriam retiradas da nossa vista e todas as evidências do Big Bang seriam completamente perdidas para sempre. Isso resultaria na extinção de todas as últimas estrelas em cerca de 100 trilhões de anos, então ainda temos muito tempo.

A energia escura também poderia se intensificar, resultando em um cenário de Big Rip. Isso aconteceria daqui a aproximadamente 50 bilhões de anos. A energia escura destruiria efetivamente tudo, desde superaglomerados até átomos. Pelo contrário, se a energia escura desacelerasse, isso daria à gravidade a vantagem e levaria a um colapso daqui a 30 mil milhões de anos, resultando em última análise num Big Crunch.

Fonte: Astronomy.com