Big Bang: Início de Tudo

Imagem: Representação oblonga da evolução do universo ao longo de 13,77 bilhões de anos (expansão 3D em um plano plano). A extrema esquerda representa o primeiro momento do Universo antes do seu crescimento exponencial em todas as direções. Seu tamanho é representado pela extensão vertical da grade neste gráfico.
Esta representação 3D num plano mostra a expansão do Universo observável, que não é perfeita. Na realidade, é mais como uma esfera, com nós no centro.
Crédito da imagem: Wikimedia Commons (domínio público).

Nascimento do universo!

Há 13,77 mil milhões de anos, uma tremenda explosão chamada Big Bang deu origem ao espaço, ao tempo e à matéria. Neste caos inimaginavelmente quente, uma bolha irá inchar, expandir-se em todas as direções e arrefecer lentamente.
O termo “Big Bang” foi cunhado na década de 1950 pelo astrofísico inglês Fred Hoyle (1915-2001) para designar ironicamente o conceito de “explosão original”. Este modelo cosmológico foi desenvolvido na década de 1920 pelo astrofísico belga Georges Lemaître (1894-1966) e pelo físico russo Alexander Friedmann (1888-1925).
A história do Big Bang não prejudica a existência de um “momento inicial” ou de um começo.
Porém, ainda hoje podemos detectar no céu um vestígio dessa origem, que chamamos de “radiação fóssil”. Esta radiação é uma radiação de microondas a baixa temperatura, da ordem de 3 K. Esta radiação chega até nós de todas as direções do cosmos. É assim chamado porque forma um pano de fundo para todas as fontes pontuais de rádio que foram detectadas por radiotelescópios.
O Big Bang foi detectado em 1965 por Arno Allan Penzias (1933-2024) e Robert Woodrow Wilson (1936-). Eles receberam o Prêmio Nobel de Física em 1978.

Nascimento do tempo!

No começo não há nada, não há matéria, não há vazio, o tempo e o espaço não existem. A partir de um ponto menor que um átomo, a energia infinita criará o universo.
Tudo começa uma pequena fração de segundo após a explosão original, o Big Bang. O tempo começa a se desenrolar, todo o cosmos tomará forma de uma só vez. É o maior mistério de todos os tempos.
Antes desse período não sabemos nada, não existe tempo zero, o tempo não existe, não temos dados para dizer que existe algo. Para os cientistas, o relógio cósmico dá sua primeira batida aos 10^-43 segundos (tempo de Planck). O universo é um vazio borbulhante de energia muito densa que é incrivelmente quente, então supomos que de repente incha, isso é inflação. Aos 10 ^ -32 segundos, surgem os primeiros elementos da matéria acompanhados de antimatéria (partículas elementares e antipartículas).
Então, a força nuclear forte, num tempo de 10^-6 segundos, ou seja 1 milionésimo de segundo, irá reunir os quarks, 3 por 3 para dar prótons e nêutrons e formar os núcleos (hidrogênio, hélio).

Nascimento das massas!

Aos 3 minutos, 98% da massa do universo é composta. Nada de novo até 380 mil anos atrás, o fim da era radiativa.
Começa então a era material e surge a segunda força, a força eletromagnética. Ele constrói átomos de hidrogênio e hélio combinando elétrons com núcleos. O Universo em constante expansão e resfriamento vê a força gravitacional agrupar átomos em estruturas mais complexas. É o nascimento de galáxias e estrelas.

Nascimento da matéria!

Segundo o modelo teórico do Big Bang, a radiação fóssil de micro-ondas é um resíduo da energia que reinava na época da formação dos primeiros átomos estáveis ​​​​do Universo. A radiação se torna matéria. Isso ocorre aproximadamente 380.000 anos após a explosão primordial. Dados do satélite COBE (Cosmic Background Explorer) mostraram que esta radiação não é tão uniforme como os cientistas acreditavam. Áreas de intensidade variável aparecem arbitrariamente. Essas flutuações na densidade do Universo primordial estariam na origem da formação das galáxias.

Fatias de espaço-tempo no Universo observável

Imagem: Representação do Universo observável na forma de fatias do espaço 2D. Esta representação é falsa porque desde o Big Bang o Universo expandiu-se em todas as direcções.
Crédito da imagem: Por Design Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY -SA 3.0, Link.

O Universo observável é representado aqui por uma pilha de fatias bidimensionais, cada uma representando a imagem do Universo no passado (como imagens de um filme). O último círculo no topo, o maior, representa o universo hoje. Os diâmetros dos círculos representam o tamanho do Universo que diminui à medida que voltamos no tempo.
Mas na realidade o Universo se estende em todas as direções. Devemos, portanto, substituir cada fatia, ou seja, cada círculo, por uma esfera. Teríamos assim, não uma pilha de círculos em 2 dimensões, mas uma pilha de esferas em 3 dimensões, o que é impossível para o nosso cérebro imaginar.
Nesta representação imperfeita, somos como todas as galáxias do universo no último círculo. Por causa da expansão do Universo, tudo parece estar se afastando de nós, não importa para que direção olhemos. É como estar na superfície de um balão e vê-lo inflar.
Não podemos ver além do círculo que é o nosso horizonte, porque a luz tem uma velocidade finita. A luz dos objetos além deste “horizonte cósmico” não teve tempo suficiente para chegar até nós desde o Big Bang.
O “balão” infla mas o horizonte não se afasta, então as galáxias próximas ao horizonte acabam desaparecendo.
Além do universo observável, provavelmente existem infinitas galáxias, que não podemos ver. É até possível que existam universos infinitos!