Universo e cosmologia

O estudo da origem e estrutura do universo é conhecido como cosmologia. No século XVII, pensava-se que o universo fosse estático, infinito e imutável. A cosmologia moderna teve início na década de 20, quando o astrônomo norte-americano Edwin Hubble mostrou que a distância entre galáxias está aumentando e que o universo está, portanto, se expandindo.

Há várias teorias que descrevem a origem e o futuro do universo. Um dos modelos, que hoje tem pouca aceitação, é a teoria do estado estacionário, que supõe que o universo sempre existiu e sempre existirá. Atualmente a maioria dos cientistas concorda que o universo se originou de uma grande explosão, o big bang; entretanto, há controvérsias quanto ao futuro do universo.

A origem do universo

Acredita-se que o universo tenha cerca de 14 bilhões de anos ( as estimativas variam entre 11 bilhões e 17 bilhões de anos). Atualmente, é de aceitação geral que o universo se originou em um evento cataclísmico conhecido como big bang. Modelos teóricos do big bang sugerem que os eventos iniciais na história do universo ocorreram muito rapidamente.

No início, o universo estava concentrado num ponto diminuto e era composto de uma mistura de diferentes partículas subatômicas, incluindo elétrons, pósitron, neutrinos e antineutrinos, juntamente com fótons (partículas que carregam luz). A temperatura era de 100 bilhões de graus Celsius e sua densidade, 4 bilhões de vezes maior que a da água.

Um segundo depois, a temperatura caiu para 10 bilhões de graus Celsius. Pósitrons e elétrons opostamente carregados aniquilaram-se mutuamente, liberando energia. Núcleos estáveis de hélio, consistindo de dois prótons e dois nêutrons começaram a se formar.

Três minutos após a criação do universo, a temperatura caiu para 900 milhões de graus Celsius, baixa o suficiente para a formação de núcleos de deutério  ( um isótopo de hidrogênio), compostos por um próton e um nêutron.

Trinta minutos depois, a temperatura era de 300 milhões de graus Celsius. Restavam poucas das partículas originais e e a maioria dos elétrons e prótons havia sido aniquilada por suas antipartículas. - pósitrons e antiprótons. Muitos dos prótons e nêutrons restantes recombinaram-se para formar núcleos de hidrogênio e hélio, e a densidade do universo era cerca de um décimo de água. O universo continuava a se expandir e o hidrogênio e o hélio começar a formar estrelas e galáxias.

Indícios do big bang

Em 1868, o astronômo amador inglês Sir Willian Huggins (18₂4-1910) notou que linhas nos espectros de certas estrelas se deslocavam na direção da extremidade vermelhado espectro ( que vai do azul ao vermelho). Huggins percebeu que isso ocorria devido ao efeito Doppler, que havia sido descoberto em 1842. Assim como o som de um veículo em movimento parece mudar de intensidade enquanto ele passa, a cor da luz de uma estrela também muda de comprimento de onda à medida que  estrela se aproxima ou se distancia de nós. As estrelas que se afastam da Terra têm sua luz deslocada em direção à extremidade vermelha do espectro ( deslocamento para o vermelho), enquanto aquelas que se aproximam de nós exibem um deslocamento em direção à extremidade azul.

Em 1929, Edwin Hubble, que também trabalhava na classificação de galáxias- analisou os deslocamentos para o vermelho de várias galáxias. Hubble descobriu que a velocidade de afastamnto de uma galáxia é proporcional à sua distância- ou seja, quanto mais distante a galáxia, mais rapidamente ela se afasta. Este princípio foi formulado como lei de Hubble, que tem a seguinte fórmula: velocidade= H x distância, onde H é a constante de Hubble, mas o valor mais aceito é 70 km por segundo por megaparsec (um megaparsec equivale a 3,26 milhões de anos-luz ). Portanto, uma galáxia que se afasta a 70 km/s s estaria a 326.000 anos luz de distância.

Radiação cósmica de fundo

Mesmo hoje, bilhões de anos após o big bang, os astrônomos são capazes de detectar um "eco" daquela descomunal explosão, na forma de radiação de microondas. A radiação tem intensidade máxima no comprimento de onda de 2,5 mm representa uma temperatura de -270º C ou 3 K. Nas proximidades do Sistema Solar, a radiação parece ter intensidade igual em todas as direções. 

A aparente uniformidade da radiação de fundo constituiu um problema para os defensores da teoria do big bang, pois leva à questão de como o universo teria se tornado tão irregular, com grupos de galáxias em certas áreas e espaço vazio em outras. Uma possível resposta surgiu em 1992, quando os dados do satélite COBE mostraram minúsculas diferenças de temperatura (+ ou - 0,27 milikelvins )na radiação de fundo. Estas diferenças foram interpretadas como sendo indícios de flutuações infinitesimais na densidade que, por sua vez, levaram a efeitos gravitacionais locais na bola de fogo em expansão. Com o início da instabilidade gravitacional em certas regiões, a matéria começaria a se aglomerar, dando origem a protogaláxias.

Ecos do universo primordial. Este mapa de microondas do céu foi criado utilizando-se os dados do satélite COBE ( Cosmic Background Explorer) e mostra minúsculas variaçãoes ( entre o azul e o rosa)  na radiação cósmica, cerca de 300000 anos após o big bang, que podem explicar a origem da "irregularidade" do universo.

O futuro do universo

O universo ainda está se expandindo, mas a quantidade de matéria que ele contém irá deteminar se a expansão continuará indefinidamente ou não. Um possível final para o universo é o chamado big crunch( a grande contração). As galáxias e outras matérias podem estar se afastando, mas seu movimento é restringido por sua mútua atração gravitacional. Se houver matéria suficiente no universo, a gravidade acabará vencendo e começará a puxar novamente as galáxias, fazendo com que o universo experimente um fenômeno oposto ao big bang - o big crunch.

O que acontecerá depois do big crunch é difícil de imaginar. Uma possibilidade é que se forme um novo universo, talvez contendo tipos de partículas completamente diferentes do nosso universo atual. Essa teoria cíclica sugere que o universo pode continuar a expandir a contrair alternadamente.

Entretando, pode não haver matéria suficiente no universo para que ocorra o big crunch. Se for assim, o universo continuaraá a se expandir eternamente. Apesar de isso significar que pode não haver um "fim" do universo, é provável que haja um limite do universo observável. A lei de Hubble afirma que a velocidade do afastamento das galáxias é proporcional à sua distância. Uma galáxia que esteja a uma distância tal que viaje à velocidade da luz não será mais visível, e isso irá, portanto, marcar o limite do universo que podemos ver. O limite do universo observável encontra-se a uma distância entre 11 e 17 bilhões de anos- luz.

Veja abaixo um vídeo super legal do canal Nerdologia, falando sobre muitas coisa que citei aqui.

Fonte: Enciclopédia Compacta de Conhecimentos Gerais, Istoé Guiness, Editora Três, 1995.