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Astronomia no Zênite
1000 palavras

Episódio 4: A Radiação Cósmica de Fundo

 Da série 1000 palavras

E se eu decidisse falar de uma imagem essencialmente invisível aos olhos? Essa imagem valeria mil palavras? Mas o que seria, exatamente, uma imagem “invisível aos olhos”? Afinal, a própria definição de “imagem” pressupõe que ela seja vista…

No episódio de hoje: a Radiação Cósmica de Fundo. Em mil palavras…

Radiação Cósmica de Fundo

Radiação Cósmica de FundoRadiação Cósmica de Fundo. Imagem: ESA/Planck Collaboration.

Sabemos que o Universo está em expansão desde 1929, graças às observações do astrônomo americano Edwin Hubble. (As equações de Einstein já apontavam para isso, mas o próprio Einstein refutou essa possibilidade, acrescentando um termo espúrio à sua fórmula original — a famosa Constante Cosmológica — que depois viria ser considerada por ele “o maior erro” de sua vida.)

Se o Universo está em expansão, significa que a cada dia que passa ele está cada vez maior. E, por conseguinte, no passado ele era menor. (Ainda que seja infinito, há o conceito matemático de infinitos de tamanhos diferentes, e isso não invalida o argumento do tamanho do Universo.)

Com a certeza da expansão, dois modelos logo surgiram. Fred Hoyle postulou o que chamou de “Universo Estacionário”, O Universo cresce, cresce e cresce, mas à medida que cresce, novas galáxias vão surgindo, preenchendo os vazios entre as galáxias pré-existentes, de modo que em qualquer época a densidade (e o aspecto geral) do Universo é o mesmo. O Universo não é estático, como queria Einstein. Mas é invariante; não muda. Daí o termo “estacionário”.

Em contraponto a Hoyle, George Gamow sugeriu um Universo que muda drasticamente ao longo das eras. Em especial, em um passado distante, o Universo era tão pequeno, mas tão pequeno, que tudo o que existe hoje estava concentrado em um ponto menor do que uma cabeça de alfinete! Por alguma razão, esse corpo extremamente denso começou a se expandir, e temos o Universo como ele é hoje.

Hoyle, ao fazer pouco caso da ideia de Gamow, apelidou-a de “O Grande Bum”, Big Bang em inglês. Para tristeza de ambos, o nome fixou-se na comunidade científica e também além dela, e hoje todos falamos sobre o “Modelo do Big Bang”. (É comum, em português, traduzir o nome para “grande explosão”, algo que eu considero incorreto e injusto com a história. “Grande explosão” é um nome sério e seria Big explosion em inglês. Big bang foi uma tentativa infeliz de Hoyle de diminuir as ideias de Gamow…)

A interpretação dos fatos descritos pelo modelo de Gamow sugeria que o Big Bang era a origem do Universo, e isso trazia de volta toda uma corrente teológica que apontava um Universo criado por algo (ou alguém… ou “Alguém”, com letra maiúscula). Isso era um dos pontos que muito desagradava Hoyle. Mas, ao mesmo tempo, era bem mais fácil explicar o surgimento das estrelas e das galáxias a partir de condições muito diferentes das atuais…

Além disso. o modelo de Gamow era bem incipiente; os cálculos originais apontavam para um Universo com cerca de dois bilhões de anos de existência, em uma época em que a ciência já sabia que a Terra tinha 4,5 bilhões de anos. Ou seja, algo estava errado.

Mas a ideia era boa e foi sendo refinada e refinada, até que cerca de uns 20 anos depois da concepção original de Gamow, um grupo de pesquisadores da Universidade de Princeton, liderados pelo físico americano Robert Dicke, sugeriu a existência de uma radiação difusa espalhada pelo céu, ao fundo de tudo o que era visível, resultado direto do modelo do Big Bang.

Como funcionava isso? A partir da famosa equação de Einstein, E=mc², que relaciona massa com energia, sabemos que ambas (massa e energia) são aspectos distintos de uma mesma coisa. Dois lados de uma mesma moeda, digamos assim. Massa pode virar energia e energia pode virar massa. Pois o Universo muito jovem era assim, uma sopa quântica onde massa e energia confundiam-se entre si.

À medida que o Universo foi crescendo, a densidade de energia foi diminuindo (constatação óbvia, uma vez que a energia é constante e o volume só aumenta). Em determinado momento (cerca de 3 minutos depois do Big Bang), essa dualidade cessou e o que era massa continuou massa e o que era energia continuou energia.

A massa estava sobretudo em dois formatos: prótons e elétrons. Os elétrons, quando livres, absorvem energia à vontade e assim o faziam naquela época. Os fótons, as partículas de energia, não conseguiam andar muito pelo espaço, pois estavam sempre sendo absorvidos por elétrons. Dizemos que o Universo era opaco, pois não permitia a propagação da “luz” (aqui entre aspas por não se tratar de luz visível).

Mas a expansão continuou e, depois de uns 300.000 anos, a energia média já tinha caído o suficiente para que elétrons e prótons começassem a se ligar eletromagneticamente, formando átomos. Só que elétrons ligados a prótons (ou seja, não-livres) são muito mais seletivos na questão da absorção dos fótons. De repente, a maioria dos fótons deixou de ser absorvida e passou a cruzar o espaço sem problemas. O Universo ficou transparente.

(E continuou a se expandir…)

Pois bem, esse fótons livres dessa época, 300.000 anos depois do Big Bang estão aí no céu até hoje. Essa foi a previsão de Dicke e seu grupo. Eles só precisavam encontrá-los.

Paralelamente a isso, sem entender muita coisa de Cosmologia, dois rádio-astrônomos (Penzias e Wilson) começaram a varrer o céu com uma nova antena, para testá-la. E para onde quer que apontassem o instrumento, por mais vazio que o espaço parecesse, sempre encontravam algum tipo de sinal. A princípio, ambos ficaram bem frustrados, achando que a antena estava com algum defeito, um constante ruído interno. 

Mas por sorte houve uma interação involuntária entre eles e o grupo de Robert Dicke e todos perceberam que o que uns haviam previsto, outros haviam encontrado. A famosa Radiação Cósmica de Fundo!

Depois da medição original de Penzias e Wilson, houve outras imagens, feitas por satélites. A imagem que ilustra esse artigo é bem moderna, obtida pelo satélite Planck em 2010. Uma bela imagem do fundo do céu! Artigo de Astronomia no Zênite

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Créditos: Cherman, A. Episódio 4: A Radiação Cósmica de Fundo. Astronomia no Zênite, 14 dez. 2020. Disponível em: <https://www.zenite.nu/episodio-4-a-radiacao-cosmica-de-fundo>. Acesso em: 19 out. 2021.
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