Introdução
Cerca de 13,8 bilhões de anos atrás, o universo como o conhecemos começou. Este momento, conhecido como Big Bang, é quando o próprio espaço rapidamente começa a se expandir. Na época do Big Bang, o universo observável (incluindo os materiais de pelo menos 2 trilhões de galáxias) se encaixava em um espaço com menos de um centímetro de diâmetro. Agora, o universo observável tem 93 bilhões de anos-luz de diâmetro e ainda está em expansão.
Há muitas perguntas sobre o Big Bang, particularmente sobre o que veio antes (se houver). Mas os cientistas sabem algumas coisas. Continue lendo para algumas das descobertas mais alucinantes sobre o início de tudo.
O universo está se expandindo
Até 1929, as origens do universo estavam totalmente envoltas em mito e teoria. Mas naquele ano, um astrônomo empreendedor chamado Edwin Hubble descobriu algo muito importante sobre o universo, algo que abriria novas maneiras de entender seu passado: tudo está se expandindo.
Hubble fez sua descoberta medindo algo chamado desvio para o vermelho, que é a mudança para comprimentos de onda vermelhos mais longos, vistos em galáxias muito distantes. (Quanto mais distante o objeto, mais pronunciado é o desvio para o vermelho.) Hubble descobriu que o desvio para o vermelho aumentava linearmente com a distância em galáxias distantes, indicando que o universo não é estacionário. Está se expandindo, em todos os lugares, de uma só vez.
O Hubble conseguiu calcular a taxa dessa expansão, uma figura conhecida como Constante Hubble, de acordo com a NASA. Foi essa descoberta que permitiu aos cientistas extrapolar e teorizar que o universo já foi compactado em um pequeno ponto. Eles chamaram o primeiro momento de sua expansão de Big Bang.
Radiação cósmica de fundo por microondas
Em maio de 1964, Arno Penzias e Robert Wilson, pesquisadores do Bell Telephone Laboratories, estavam trabalhando na construção de um novo receptor de rádio em Nova Jersey. A antena deles continuava captando um zumbido estranho que parecia vir de todos os lugares, o tempo todo. Eles pensaram que poderia haver pombos no equipamento, mas remover os ninhos não fez nada. Suas outras tentativas também não reduziram a interferência. Finalmente, eles perceberam que estavam pegando algo real.
O que eles detectaram foi a primeira luz do universo: radiação cósmica de fundo em microondas. Essa radiação remonta a cerca de 380.000 anos após o Big Bang, quando o universo finalmente esfriou o suficiente para que os fótons (as partículas ondulantes que compõem a luz) viajassem livremente. A descoberta deu apoio à teoria do Big Bang e à noção de que o universo se expandiu mais rápido que a velocidade da luz em seu primeiro instante. (Isso ocorre porque o fundo cósmico é bastante uniforme, sugerindo uma expansão suave de tudo de uma só vez a partir de um pequeno ponto.)
Mapa do céu
A descoberta do fundo cósmico de microondas abriu uma janela para as origens do universo. Em 1989, a NASA lançou um satélite chamado Cosmic Background Explorer (COBE), que media pequenas variações na radiação de fundo. O resultado foi uma "imagem de bebê" do universo, de acordo com a NASA, que mostra algumas das primeiras variações de densidade no universo em expansão. Essas variações minúsculas provavelmente deram origem ao padrão de galáxias e espaço vazio, conhecido como a teia cósmica das galáxias, que vemos no universo hoje.
Evidência direta da inflação
O fundo cósmico de microondas também permitiu que os pesquisadores encontrassem a "arma de fumaça" da inflação - a expansão maciça e mais rápida que a luz que ocorreu no Big Bang. (Embora a teoria da relatividade especial de Einstein defenda que nada passa mais rápido que a luz através do espaço, isso não foi uma violação; o próprio espaço se expandiu.) Em 2016, os físicos anunciaram que haviam detectado um tipo específico de polarização ou direcionalidade em algumas o fundo cósmico de microondas. Essa polarização é conhecida como "modos B". A polarização no modo B foi a primeira evidência direta de ondas gravitacionais do Big Bang. As ondas gravitacionais são criadas quando objetos maciços no espaço aceleram ou desaceleram (o primeiro que foi descoberto veio da colisão de dois buracos negros). Os modos B fornecem uma nova maneira de investigar diretamente a expansão do universo primitivo - e talvez descobrir o que a levou.
Até agora, nenhuma dimensão extra
Uma conseqüência da descoberta de ondas gravitacionais foi que ela permitiu aos cientistas procurar dimensões adicionais, além das três usuais. Segundo os teóricos, as ondas gravitacionais devem ser capazes de atravessar dimensões desconhecidas, se essas dimensões existirem. Em outubro de 2017, os cientistas detectaram ondas gravitacionais da colisão de duas estrelas de nêutrons. Eles mediram o tempo que as ondas levaram para viajar das estrelas à Terra e não encontraram evidências de vazamentos extra-dimensionais.
Os resultados, publicados em julho de 2018 no Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, sugerem que, se houver outras dimensões por aí, elas são pequenas - elas afetariam áreas do universo com menos de 1,6 km de tamanho. Isso significa que a teoria das cordas, que postula que o universo é feito de minúsculas cordas vibratórias e prevê pelo menos dez dimensões menores, ainda pode ser verdadeira.
Expansão acelerando…
Uma das descobertas mais estranhas da física é que o universo não está apenas se expandindo, está se expandindo a um ritmo acelerado.
A descoberta remonta a 1998, quando os físicos anunciaram os resultados de vários projetos de longa duração que mediram supernovas particularmente pesadas, chamadas supernovas tipo Ia. Os resultados (que renderam aos pesquisadores Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt e Adam G. Reiss um Prêmio Nobel em 2011) revelaram uma luz mais fraca do que o esperado da mais distante dessas supernovas. Essa luz fraca mostrou que o próprio espaço está se expandindo: tudo no universo está gradualmente se afastando de tudo o mais.
Os cientistas chamam o condutor dessa expansão de "energia escura", um mecanismo misterioso que pode representar cerca de 68% da energia do universo. Essa energia escura parece ser crucial para fazer com que as teorias do começo do universo se ajustem às observações que estão sendo conduzidas agora, como as feitas pela Sonda de Anisotropia por Microondas Wilkinson da NASA (WMAP), um instrumento que produziu o mapa mais preciso da atmosfera cósmica. fundo de microondas ainda.
... Mais rápido do que o esperado
Novos resultados do Telescópio Hubble, lançado em abril de 2019, aprofundaram o quebra-cabeça do universo em expansão. As medidas do telescópio espacial mostram que a expansão do universo é 9% mais rápida do que o esperado em observações anteriores. Para as galáxias, a cada 3,3 milhões de anos-luz de distância da Terra se traduz em um adicional de 74 quilômetros por segundo (46 milhas por segundo) mais rápido do que os cálculos anteriores previam, de acordo com a NASA.
Por que isso importa para as origens do universo? Porque os físicos devem estar perdendo alguma coisa. Segundo a NASA, pode haver três "rajadas" de energia escura separadas durante o Big Bang e logo depois. Essas explosões preparam o terreno para o que vemos hoje. O primeiro pode ter iniciado a expansão inicial; um segundo pode ter acontecido muito mais rápido, agindo como um pé pesado pressionado no acelerador do universo, fazendo com que o universo se expanda mais rapidamente do que se pensava anteriormente. Uma explosão final de energia escura pode explicar a expansão acelerada do universo hoje.
Nada disso está provado - ainda. Mas os cientistas estão olhando. Pesquisadores da Universidade do Texas em Austin McDonald Observatory estão usando um instrumento recém-atualizado, o Hobby-Eberly Telescope, para procurar energia escura diretamente. O projeto, o Experimento de Energia Escura do Telescópio Hobby-Eberly (HETDEX), está medindo a fraca luz das galáxias a uma distância de 11 bilhões de anos-luz, o que permitirá que os pesquisadores vejam quaisquer mudanças na aceleração do universo ao longo do tempo. Eles também estudarão os ecos de distúrbios no universo de 400.000 anos, criados na densa sopa de partículas que compuseram tudo logo após o Big Bang. Isso também irá revelar os mistérios da expansão e explicar a energia escura que a impulsionou.
