O universo observável corresponde à região do espaço-tempo cuja luz teve tempo de nos alcançar desde o Big Bang, considerando a idade do universo (\(13,8 \, Ga\)) e a velocidade da luz. Isso define um raio de cerca de \(46 \, Gly\) (bilhões de anos-luz). Além disso, a informação ainda não pode nos atingir, pois a luz dessas regiões não teve tempo de viajar até nós.
O fundo cósmico de micro-ondas (CMB) foi emitido cerca de 380.000 anos após o Big Bang, quando elétrons e prótons se combinaram para formar os primeiros átomos de hidrogênio. Antes dessa época, o universo era opaco aos fótons, presos em um plasma denso. Quando a recombinação ocorreu, o universo tornou-se transparente e a luz pôde viajar livremente. Essa radiação, agora resfriada a \(T \approx 2,725 \, K\), chega até nós na forma de micro-ondas.
A temperatura do CMB é notavelmente uniforme, mas pequenas flutuações (\(\Delta T/T \sim 10^{-5}\)) estão presentes. Essas anisotropias revelam diferenças de densidade primordiais, que mais tarde resultarão na formação de galáxias, aglomerados e grandes estruturas. Os picos acústicos no espectro de potência das anisotropias traçam a física do universo jovem: interação entre fótons, bárions e gravidade.
O estudo do CMB mostrou que a geometria do espaço é quase plana (\(\Omega_k \approx 0\)). Isso significa que as leis de Euclides se aplicam em grande escala. O tamanho angular característico do primeiro pico acústico fixa o horizonte sonoro na época da recombinação. Assim, o CMB serve como uma régua cosmológica: mede a escala do universo observável e seus parâmetros dinâmicos.
Nota: O termo recombinação designa a época, cerca de 380.000 anos após o Big Bang (redshift \(z \approx 1100\)), quando a temperatura do universo caiu abaixo de \(3000 \, K\). Os elétrons se ligaram aos prótons para formar os primeiros átomos de hidrogênio, tornando o universo transparente aos fótons. Esses fótons constituem hoje o fundo cósmico de micro-ondas. Algumas publicações mais antigas mencionam ≈300.000 anos, mas as medições do Planck 2018 especificam o valor em cerca de 380.000 anos.
Parâmetro | Valor Medido | Significado Físico | Comentário |
---|---|---|---|
Idade do Universo | \(13,80 \pm 0,02\) Ga | Tempo decorrido desde o Big Bang | Define o tempo total disponível para a evolução cósmica |
Temperatura Média do CMB | \(2,725 \, K\) | Radiação fóssil de micro-ondas | Verifica que o espectro corresponde a um corpo negro quase perfeito |
Densidade Bariônica | \(\Omega_b h^2 = 0,0224 \pm 0,0001\) | Parte da matéria ordinária | Indispensável para explicar a nucleossíntese e a formação das estrelas |
Densidade de Matéria Escura | \(\Omega_c h^2 = 0,120 \pm 0,001\) | Matéria invisível que governa a gravidade | Explica a formação rápida das estruturas galácticas |
Constante de Hubble | \(H_0 = 67,4 \pm 0,5 \, km/s/Mpc\) | Taxa atual de expansão | Valor obtido do CMB é menor que o medido localmente (tensão de Hubble) |
Índice Espectral das Perturbações | \(n_s = 0,965 \pm 0,004\) | Assinatura da inflação cósmica | Mostra que as flutuações não são exatamente invariantes de escala |
Curvatura Espacial | \(\Omega_k \approx 0\) | Universo plano em grande escala | Confirma a previsão dos modelos de inflação |
Fontes: ESA Planck (2013-2018), NASA COBE/WMAP, ACT, SPT, NASA LAMBDA Archive.
Apesar de sua precisão, o estudo do CMB não está isento de limitações e áreas de incerteza. Estas decorrem tanto das propriedades fundamentais do universo quanto dos limites de nossos instrumentos.
Essas limitações explicam por que os resultados do CMB sempre estão associados a intervalos de incerteza e por que novas missões (como LiteBIRD ou CMB-S4) são aguardadas. Elas visam refinar a medição da polarização do CMB, em particular do modo B, que poderia revelar diretamente as ondas gravitacionais primordiais da inflação.
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