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The Big Bang

Em 1929 o astrónomo americano Edwin Hubble descobriu que as distâncias para galáxias distantes eram proporcionais aos seus redshifts. O redshift ocorre quando uma fonte de luz se afasta do seu observador: o comprimento de onda aparente da luz é esticado através do efeito Doppler em direcção à parte vermelha do espectro. A observação de Hubble implicava que galáxias distantes se afastavam de nós, uma vez que as galáxias mais distantes tinham as velocidades aparentes mais rápidas. Se as galáxias se estão a afastar de nós, argumentou Hubble, então em algum momento no passado, elas devem ter-se aglomerado perto de nós.

A descoberta de Hubble foi o primeiro suporte observacional da teoria do Big Bang do universo de Georges Lemaître, proposta em 1927. Lemaître propôs que o universo se expandisse explosivamente a partir de um estado extremamente denso e quente, e continua a expandir-se até hoje. Cálculos posteriores dataram este Big Bang de aproximadamente 13,7 mil milhões de anos atrás. Em 1998, duas equipas de astrónomos que trabalhavam independentemente em Berkeley, Califórnia, observaram que as supernovas – estrelas em explosão – estavam a afastar-se da Terra a um ritmo acelerado. Isto valeu-lhes o Prémio Nobel da Física em 2011. Os físicos tinham assumido que a matéria no universo abrandaria o seu ritmo de expansão; a gravidade acabaria por fazer com que o universo voltasse a cair no seu centro. Embora a teoria do Big Bang não possa descrever quais eram as condições logo no início do universo, pode ajudar os físicos a descrever os primeiros momentos após o início da expansão.

Origins

Nos primeiros momentos após o Big Bang, o universo era extremamente quente e denso. À medida que o universo arrefecia, as condições tornaram-se correctas para dar origem aos blocos de construção da matéria – os quarks e electrões dos quais somos todos feitos. Alguns milionésimos de segundo depois, os quarks agregaram-se para produzir prótons e neutrões. Em minutos, estes prótons e neutrões combinaram-se em núcleos. À medida que o universo continuava a expandir-se e a arrefecer, as coisas começaram a acontecer mais lentamente. Foram necessários 380.000 anos para que os electrões ficassem presos em órbitas em torno dos núcleos, formando os primeiros átomos. Estes eram principalmente hélio e hidrogénio, que são ainda de longe os elementos mais abundantes no universo. As observações actuais sugerem que as primeiras estrelas formaram-se a partir de nuvens de gás cerca de 150-200 milhões de anos após o Big Bang. Desde então, átomos mais pesados como o carbono, oxigénio e ferro têm sido continuamente produzidos nos corações das estrelas e catapultados por todo o universo em espectaculares explosões estelares chamadas supernovas.

Mas as estrelas e galáxias não contam a história toda. Os cálculos astronómicos e físicos sugerem que o universo visível é apenas uma pequena quantidade (4%) daquilo de que o universo é realmente feito. Uma fracção muito grande do universo, na realidade 26%, é feita de um tipo desconhecido de matéria chamada “matéria escura”. Ao contrário das estrelas e galáxias, a matéria escura não emite qualquer tipo de luz ou radiação electromagnética, de modo que só a podemos detectar através dos seus efeitos gravitacionais.

Uma forma ainda mais misteriosa de energia chamada “energia escura” é responsável por cerca de 70% do conteúdo energético em massa do universo. Sabe-se ainda menos sobre ela do que sobre a matéria escura. Esta ideia deriva da observação de que todas as galáxias parecem estar a afastar-se umas das outras a um ritmo acelerado, o que implica que alguma energia invisível extra está a funcionar.

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