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Última atualização 26 de agosto de 2025

O Universo Observável através do Fundo Cósmico de Micro-ondas

Mapa das anisotropias do fundo cósmico de micro-ondas

O que se entende por Universo Observável?

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 Universo Transparente: O Momento em que a Luz Pôde Viajar Livremente

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.

Anisotropias do CMB: As Sementes Cósmicas das Galáxias

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.

Horizonte Observável e Geometria do Universo

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.

Tabela de Parâmetros Fundamentais Derivados da Análise do CMB

Parâmetros Cosmológicos Restritos pelo CMB
ParâmetroValor MedidoSignificado FísicoComentário
Idade do Universo\(13,80 \pm 0,02\) GaTempo decorrido desde o Big BangDefine o tempo total disponível para a evolução cósmica
Temperatura Média do CMB\(2,725 \, K\)Radiação fóssil de micro-ondasVerifica que o espectro corresponde a um corpo negro quase perfeito
Densidade Bariônica\(\Omega_b h^2 = 0,0224 \pm 0,0001\)Parte da matéria ordináriaIndispensável 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 gravidadeExplica a formação rápida das estruturas galácticas
Constante de Hubble\(H_0 = 67,4 \pm 0,5 \, km/s/Mpc\)Taxa atual de expansãoValor 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 cósmicaMostra que as flutuações não são exatamente invariantes de escala
Curvatura Espacial\(\Omega_k \approx 0\)Universo plano em grande escalaConfirma a previsão dos modelos de inflação

Fontes: ESA Planck (2013-2018), NASA COBE/WMAP, ACT, SPT, NASA LAMBDA Archive.

Limites e Incertezas

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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