Como o Universo evoluiu?
A luz de galáxias e o brilho fraco que chega de todas as direções guardam pistas de um Universo antigo mais quente e denso. Vamos acompanhar a expansão, os primeiros elementos e a radiação cósmica de fundo.
Ao final, você consegue: Explicar o que descreve o modelo do Big Bang quente, citar evidências importantes e reconhecer o que ainda não sabemos sobre a causa inicial.
O modelo do Big Bang quente descreve como o Universo se expandiu e esfriou. Ele não estabelece uma causa confirmada para o início.
Mexa e descubra
Você mudou de galáxia. Onde fica o centro dessa expansão?
Em lugar nenhum. De qualquer galáxia, você vê todas as outras se afastando, e as mais distantes mais depressa. Ninguém está no meio. É isso que os telescópios mostram em grande escala. Coisas presas pela gravidade, como o Sistema Solar ou a nossa galáxia, não crescem.
O espaço crescendo
Cada ponto é uma galáxia. Pense em passas num bolo crescendo no forno: o bolo cresce e todas as passas se afastam umas das outras. Toque em qualquer galáxia para morar nela e depois deixe o espaço crescer.
Para quem quer os nomes técnicos
- "Mais longe, afasta mais, na mesma proporção" é a lei de Hubble–Lemaître.
- Coisas presas pela gravidade, como o Sistema Solar, não crescem com o espaço.
Se o Universo tivesse só matéria, sem energia escura, a expansão…
Com a quantidade "certinha" de matéria, ela vai freando para sempre, cada vez mais devagar, sem nunca parar. Com matéria demais, pararia e voltaria a encolher. Mas o que vemos é outra coisa: hoje a expansão está acelerando. Por isso existe a ideia de energia escura.
Com essa receita o Universo nunca teria começado pequeno e quente. Não é o nosso caso. Ponha mais matéria ou menos energia escura.
Do que o Universo é feito
O que existe no Universo decide o que acontece com ele. A matéria puxa tudo para junto e freia a expansão. A energia escura, algo que ainda não entendemos, faz a expansão acelerar. Mude a receita e veja o futuro mudar.
- Idade do Universo
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- A expansão hoje está
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- O futuro
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- A forma do espaço
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Para quem quer os nomes técnicos
- As contas por trás do gráfico são as equações de Friedmann, as mesmas que os cosmólogos usam.
- A diferença entre 67 e 73 se chama tensão de Hubble. Medidas: satélite Planck (abre em outra aba) ↗ e equipe SH0ES (abre em outra aba) ↗.
Big Bang: uma história de expansão
O modelo do Big Bang quente Modelo que descreve a expansão e o resfriamento de um Universo jovem muito quente e denso; não define uma causa inicial confirmada. Exemplo: A expansão, os elementos leves e a CMB podem ser comparados com as previsões do modelo.Ver no dicionário → descreve um Universo antigo muito quente e denso, que se expandiu e esfriou. Não foi uma explosão de matéria dentro de um espaço vazio já pronto: em grandes escalas, o próprio espaço se expande.
Entenda melhor
Ao longo dessa expansão, a distância média entre galáxias que acompanham o fluxo cósmico aumenta. Sistemas ligados pela gravidade, como o Sistema Solar, não se expandem da mesma maneira.
Aprofundamento
A idade aproximada de 13,8 bilhões de anos é inferida a partir de observações dentro de modelos cosmológicos. Essa reconstrução descreve a evolução inicial; não identifica uma causa confirmada ou o que, se algo, veio antes.
Como a luz indica a expansão?
Quando a luz atravessa o espaço em Expansão do Universo Aumento, em grandes escalas, das distâncias entre regiões que acompanham o fluxo cósmico, junto com o alongamento da luz que viaja pelo espaço. Exemplo: A luz de galáxias distantes pode chegar com comprimentos de onda maiores.Ver no dicionário →, seu comprimento de onda aumenta. Nos espectros de Galáxia Grande sistema de estrelas, gás e poeira mantidos juntos pela gravidade; sua massa inclui componentes inferidos, como matéria escura. Exemplo: O Sol pertence à Via Láctea, uma galáxia espiral.Ver no dicionário → distantes, linhas conhecidas aparecem deslocadas para comprimentos de onda maiores; esse efeito é chamado desvio para o vermelho, ou Redshift Deslocamento de linhas da luz para comprimentos de onda maiores; a expansão cósmica é uma causa importante em escalas grandes. Exemplo: Movimento local e gravidade também afetam a luz, então redshift não é uma medida de distância isolada.Ver no dicionário →.
Entenda melhor
O redshift cosmológico é uma pista da expansão em grande escala. Movimentos locais e a gravidade também podem mudar a luz, então redshift sozinho não é uma medida de distância independente de modelo.
Aprofundamento
Uma relação usada na cosmologia é 1 + z = a(hoje) / a(emissão). z é o redshift cosmológico e a é o fator de escala. Movimentos locais podem acrescentar outros efeitos ao redshift medido.
Os primeiros minutos formaram núcleos leves
Nos primeiros minutos, prótons e nêutrons formaram alguns núcleos leves, sobretudo hélio. Muitos prótons permaneceram sozinhos e se tornaram núcleos de hidrogênio. Essa etapa é chamada nucleossíntese primordial.
Entenda melhor
O Universo ainda estava quente demais para elétrons ficarem ligados aos núcleos. Por isso, núcleos de hidrogênio e hélio existiam antes de se formarem átomos completos.
Aprofundamento
As quantidades de hidrogênio, hélio e outros elementos leves previstas pelo modelo podem ser comparadas com medidas astronômicas. Essa concordância é uma das linhas de evidência para a fase quente.
A radiação que vem do Universo jovem
Cerca de 380 mil anos depois da fase quente, elétrons se ligaram a núcleos e o Universo ficou mais transparente à luz. Os fótons que então passaram a viajar por grandes distâncias são detectados hoje como Radiação cósmica de fundo (CMB) Luz antiga que passou a viajar livremente quando o Universo tinha cerca de 380 mil anos e hoje é detectada sobretudo em micro-ondas. Exemplo: Satélites mapearam pequenas variações dessa radiação em todo o céu.Ver no dicionário → em micro-ondas, ou CMB.
Entenda melhor
A luz não nasceu nessa época. Ela já existia; com menos elétrons livres espalhando os fótons, pôde atravessar o espaço. A expansão alongou seus comprimentos de onda e a esfriou para cerca de 2,7 K.
Aprofundamento
Mapas da CMB mostram pequenas diferenças de temperatura, com cores escolhidas para destacar variações minúsculas. A luz registrada é antiga; o mapa colorido é uma visualização de medidas, não uma fotografia de nuvens visíveis.
Do Universo transparente às primeiras galáxias
Depois da CMB, ainda não havia estrelas. A Gravidade Interação associada à massa e à energia; na relatividade geral é descrita pela geometria do espaço-tempo. Exemplo: Ela participa da queda de um objeto, das órbitas e do colapso de nuvens.Ver no dicionário → reuniu gás em regiões mais densas; as primeiras estrelas e galáxias surgiram mais tarde, ao longo de centenas de milhões de anos. Telescópios observam galáxias distantes para reconstruir essa fase.
Entenda melhor
A luz das primeiras estrelas ionizou parte do gás entre galáxias. A época exata das primeiras estrelas e os caminhos de formação das galáxias seguem em estudo.
Aprofundamento
As estimativas combinam redshift, brilho observado, seleção das amostras e modelos da luz emitida pelas galáxias. Um objeto muito antigo desafia e refina a reconstrução, mas precisa ser interpretado com essas incertezas em conta.
O que ainda não sabemos sobre o começo?
O modelo descreve uma longa evolução a partir de um estado quente e denso, mas não confirma a causa inicial. A inflação cósmica é uma proposta de expansão muito rápida numa etapa primordial; o mecanismo físico que a produziria permanece desconhecido.
Entenda melhor
As observações da CMB são compatíveis com algumas previsões da inflação, mas ainda não revelaram o processo físico que a teria impulsionado. Também não temos uma resposta confirmada sobre o que veio antes da fase quente, se essa pergunta se aplica.
Aprofundamento
Extrapolar equações para condições além do domínio testado não demonstra por si só uma singularidade física nem uma causa da origem. Modelos do Universo primordial continuam sendo comparados com observações.
Três perguntas
para conectar as evidências.
O que o modelo do Big Bang quente descreve?
De onde vem o que você leu
As datas e os parâmetros cosmológicos são aproximados e dependem do modelo e dos dados. O modelo do Big Bang quente descreve a evolução inicial; a causa da origem não está estabelecida.
- NASA · A história do Universo (abre em outra aba)
- NASA · Evolução do Universo e radiação de fundo (abre em outra aba)
- NASA · Redshift cosmológico observado pelo Hubble (abre em outra aba)
- NASA · O que a imagem infantil do Universo pode revelar (abre em outra aba)
- ESA · Destaques científicos da missão Planck (abre em outra aba)
- NASA · Estruturas em grande escala (abre em outra aba)
- NASA · Galáxias ao longo do tempo (abre em outra aba)