Teoria do Big Bang

Definição do Big Bang

Em Astronomia, o big bang é uma teoria cosmológica que postula que há aproximadamente 12 bilhões de anos toda a matéria do universo, compactada em uma pequena massa superdensa, foi lançada em todas as direções por uma explosão cataclísmica. À medida que os fragmentos diminuíram, as galáxias e estrelas evoluíram, mas o universo ainda está se expandindo.

O big bang é como os astrônomos explicam a maneira como o universo começou. É a ideia de que o universo começou como um único ponto, depois se expandiu e se esticou para ficar tão grande quanto é agora (e ainda pode estar se esticando).

Em astronomia, a teoria do big bang é uma teoria que sugere que o universo foi criado como resultado de uma explosão extremamente grande.

O que é a Teoria do Big Bang?

A teoria do Big Bang é a melhor explicação científica de como o universo foi criado.

A teoria afirma que todo o nosso universo foi criado quando uma minúscula (bilhões de vezes menor que um próton), massa superdensa e superquente explodiu e começou a se expandir muito rapidamente, eventualmente resfriando e se formando nas estrelas e galáxias com as quais estamos familiar.

Diz-se que este evento aconteceu há cerca de 15 bilhões de anos.

Em vez de se expandir para fora em algum vácuo preexistente, o evento do Big Bang foi o próprio espaço se expandindo – talvez a velocidades maiores que a da luz. (Embora a teoria da relatividade de Einstein proíba qualquer coisa dentro do espaço de viajar mais rápido do que a luz, ela não impõe limitações na velocidade de expansão da própria estrutura do espaço.)

A teoria do Big Bang foi originalmente desenvolvida no final dos anos 1920 por Georges-Henri Lemaître, um sacerdote católico belga e astrônomo, um dos primeiros defensores de soluções para as equações do campo da relatividade geral que previam que nosso universo estava se expandindo. (Para que as teorias cosmológicas sejam levadas a sério, elas devem apresentar soluções possíveis para as equações de campo da relatividade geral de Einstein.)

Embora a solução do universo em expansão para as equações de campo tenha sido derivada pelo cosmólogo russo Alexander Friedman em 1922, Lemaître foi o primeiro a perceber que um universo em contínua expansão implica que em algum ponto no passado o universo deve ter sido muito mais denso e menor, até mesmo do tamanho de um átomo.

A teoria do Big Bang é apoiada principalmente por duas linhas principais de evidência – primeiro, o fato de que todas as galáxias estão se afastando rapidamente umas das outras (confirmado por Edwin Hubble em 1929) e, em segundo lugar, a presença da radiação cósmica de fundo em microondas, ou o “eco” do Big Bang.

A radiação cósmica de fundo em micro-ondas não foi descoberta até 1965 e, até este ponto, os cientistas estavam divididos entre a teoria do Big Bang e seu rival, o modelo de estado estacionário de Fred Hoyle, que afirmava que o universo estava se expandindo, mas permanecendo basicamente o mesmo porque novo a matéria estava continuamente sendo criada.

Desde o final dos anos 1960, a teoria do Big Bang tem sido a explicação dominante para o nascimento do nosso universo. O modelo de estado estacionário de Fred Hoyle foi descartado.

A maior parte da cosmologia, desde aquela época, consistiu em modificações e extensões da teoria do Big Bang.

Como os físicos ainda não formularam uma teoria consistente que explique como a gravidade opera em escalas extremamente pequenas (como as presentes no instante do Big Bang), os cosmologistas são incapazes de formular teorias sobre o que aconteceu antes de cerca de 10 ^ -43 segundos após o Grande explosão.

Nosso universo pode ter se originado como uma entidade pontual com densidade quase infinita, ou talvez outra coisa. Nossa matemática, instrumentos e metodologias científicas podem precisar ser substancialmente melhorados antes de qualquer progresso ser feito.

Big Bang – Teoria

Big Bang

A teoria do Big Bang é a principal explicação sobre como o universo começou.

Na sua forma mais simples, ele fala sobre o universo como o conhecemos começando com uma pequena singularidade, em seguida, inflar durante os próximos 13,8 bilhões de anos para o cosmos que conhecemos hoje.

A Teoria do Big Bang vem da teoria matemática e modelos.

De acordo com a teoria padrão, o nosso universo entrou em existência como “singularidade” em torno de 13,7 bilhões de anos atrás

Evidência para a Teoria

Quais são as principais evidências que suportam a teoria do Big Bang:

Primeiro de tudo, estamos razoavelmente certo que o universo teve um começo.
Em segundo lugar, as galáxias parecem estar se afastando de nós a velocidades proporcionais às suas distâncias. Isso é chamado de “Lei de Hubble”, em homenagem a Edwin Hubble (1889-1953), que descobriu esse fenômeno em 1929. Esta observação apoia a expansão do universo e sugere que o universo já foi compactado.
Em terceiro lugar, se o universo foi inicialmente muito, muito quente como o Big Bang sugere, devemos ser capazes de encontrar algum resquício desse calor. Em 1965, radioastrônomos Arno Penzias e Robert Wilson descobriram um 2.725 graus Kelvin (-454,765 graus Fahrenheit, -270,425 graus Celsius) a radiação cósmica de fundo (CMB), que permeia o universo observável. Isto é pensado para ser o remanescente que os cientistas estavam procurando. Penzias e Wilson compartilhado no Prêmio Nobel de Física 1978 pela descoberta.

Finalmente, a abundância do “elementos leves” hidrogênio e hélio encontrado no universo observável são pensados para suportar o modelo do Big Bang das origens.

Big Bang – O ovo cósmico

Em 1781, o astrônomo britânico autodidata Sir William Frederick Herschel descobriu o planeta Urano, o primeiro a ser descoberto desde os tempos pré históricos.

Depois de mais de vinte anos de observação sistemática com os telescópios existentes, Herschel catalogou 2500 conglomerados de estrelas na galáxia da Via Láctea.

Nas décadas iniciais do século XX, com base no trabalho de Harlow Shapley e Robert J. Trumpler, chegamos à compreensão atual da Via Láctea. À medida que os astrônomos continuavam a mapear o céu, come çaram a perceber a incrível vastidão na qual vivemos, e também se deram conta da infinidade do universo em que vivemos. Só nesta galáxia existem cerca de 300 bilhões de estrelas.

Além das estrelas e planetas existem no universo enormes nuvens de hidrogênio e poeira que os astrônomos ainda estão trabalhando em detectar e medir.

No ano de 1612, o astrônomo alemão Simon Marius, redescobriu uma área pálida no espaço remoto.

Ela passou a ser chamada de Nebulosa de Andrômeda: acreditava ? se ser uma nuvem luminosa de gases e poeira na galáxia da Via Láctea.

O astrônomo Edwiun Powell Hubble, foi o pioneiro nos estudos sobre Andrômeda. Depois de se formar em matemática e astronomia em 1910 na Universidade de São Paulo, obteve Ph.D. em astronomia na Universidade de Chicago em 1917. Mais tarde foi trabalhar no Observatório Mount Wilson, na California, onde foi possível enxergar um vasto número de estrelas individuais de Andrômeda, que é o mais distante objeto visível a olho nú. Isto provou que a Nebulosa não consistia apenas de gases poeira e novas. Hubble descobriu ainda milhares de outras nebulosas que também eram galáxias.

Nos fins do século XIX, astrônomos e físicos começaram a desenvolver um método para determinar o movimento de aproximação ou afastamento das estrelas e outros corpos celestes com relação à Terra, conforme a luz percebida aqui na Terra. Embora a luz seja feita de fótons e o som de vibração do ar, ambos assemelham ? se no aspecto de se apresentarem em comprimento de onda que podem ser metidos.

Uma mudança na onda luminosa em direção ao vermelh ocorre porque a estrela está se afastando do observador na Terra.

Com essa informação de mudança do aspecto luminoso, Edwin Hubble fez sua Segunda descoberta da astronomia no século XX. Em 1927, combinando os estudos anteriores sobre o aspecto luminoso, Hubble descobriu que a mudança para o vermelho das galáxias em recessão aumenta proporcionalmente à distância com relação Terra. Em outras palavras, o universo está se expandindo e com as estrelas mais distantes se movendo mais rápido. O ritmo da expansão é representado pelo cálculo que é denominado constante de Hubble.

Segundo os cálculos atuais as galáxias estão se expandindo a uma velocidade de aproximadamente 16 à 32 quilômetros por segundo para cada milhão de anos ? luz de distância da Terra.

Se imaginarmos e calcularmos mateaticamente a expansão em sentido contrário todas as galáxias encontrariam se uem um único ponto, considerado o principio do universo.

A maioria dos estudiosos concorda que o tempo zero ocorreu cerca de 15 bilhões de anos.

Em 1927, depois de tomar conhecimento sobre a teoria da expansão do universo, Georges Edward Lemaitre apresentou a teoria que hoje é generalizadamente aceita pelos astrônomos e especialistas.

Ele afirma que no tempo zero o universo era somente uma massa minúscula que ele denominou de ?ovo cósmico? ou ?super átomo?, nada mais existia, o ovo cósmico estava sujeito a própria atração gravitacional, contraindo e comprimindo ? se cada vez mais, em algum momento com uma temperatura elevadíssima e o volume mínimo ocorreu uma grande explosão. Lemaitre afirmou que a recessão das galáxias é prova visível dessa explosão.

Essa teoria foi aperfeiçoada por George Gamow e publicada em 1948 em um artigo entitulado: ?A origem dos elementos químicos.?, no qual Gamow utilizou pela primeira vez o termo Big Bang. Esta teoria hoje, de tão aceita é chamada de teoria padrão.

Embora o Big Bang Ter ocorrido há cerca de 15 bilhões de anos, foram precisos vários bilhões de anos só para que as galáxias adquirissem sua atual configuração no universo.

Ainda não há consenso se o universo ira continuar de expandindo indefinidamente.

O ovo cósmico se formou predominantemente átomos de hidrogênio, seguido pelo segundo átomo mais simples, o hélio. Esses dois elementos representam cerca de 99% do universo.

Trilhões vezes trilhões vezes trilhões de interações de átomos de hidrogênio, átomos de hélio e outras partículas elementares ocorreram para formar elementos diferentes do hidrogênio e do hélio ? contudo, esses outros elenmentos químicos que ocorrem naturalmente perfazem menos de 1% de todo o universo.

No princípio, a terra era extremamente quente e não tinha atmosfera. Formou ? se então a primeira atmosfera primitiva, que continha sulfeto de hidrogênio e outros gases de material derretido. Onze bilhões de anos depois do Big ? Bang, a sopa primordial da Terra deu origem as primeiras moléculas orgânicas. Em 1992, quando astrônomos encontraram uma estrela com dois planetas a 1300 anos ? luz da Terra, foi o primeiro sistema como o sistema solar descoberto.

As especulações sobre a vida em outras partes do universo deram uma guinada em 1996, a NASA anunciou a descoberta de moléculas orgânicas fossilizadas e possíveis células em um meteorito de Marte.

Devido alguns elementos químicos contidos neste meteorito alguns biólogos afirmas ser esta uma prova inequívoca de que existia água na superfície de Marte, mais ou menos na época que a Terra começou a se formar.

Devido a quantidade de estrelas e a essas evidências nos levam a crer que a existência de vida em nosso planeta possa não ser exclusiva. Entre a tecnologia em desenvolvimento, os astrônomos estão prevendo o surgimento de uma nova era na astronomia, a Segunda vinda de Colombo, na qual encontraremos novos mundos.

Nascimento das Galáxias

Uma indicação direta de que a Galáxia atingiu composição solar há tanto tempo pode ser vista pelas moléculas interestelares. As nuvens interestelares têm densidade menor que o melhor vácuo de laboratório na Terra.

Mesmo assim, elas têm moléculas tão complexas como açucares, bases nitrogenadas até o fulereno (60 átomos de carbono).

O curioso é que a quase totalidade se baseia no carbono e não no silício ou outros elementos de valência química semelhante à do carbono.

A probabilidade de colisão entre dois átomos nesse ambiente é tão baixa que essas moléculas precisam de bilhões de anos para serem formadas. O reinado da química, entretanto, não se localiza nas nuvens interestelares, mas nos planetas. A densidade é um bilhão de bilhão de vezes maior que no meio interestelar.

Além disso, a proximidade destes corpos de uma estrela (no nosso caso, o Sol) fornece energia: a cada aumento de 10o C, a taxa das reações químicas dobra. Desse modo, um átomo num planeta encontra-se com mais átomos em um dia que no meio interestelar em milhões de anos. Nesse aspecto, nosso planeta não deixa nada a desejar para a formação de vida. Além disso, está dentro da zona de habitabilidade de uma estrela (Sol) que se mantêm estável ao longo de 10 bilhões de anos.

Entre 1 e 2 bilhões de anos após o Big Bang, protogaláxias deram origem as estrelas e estas evoluíram para gigantes vermelhas e supernovas semeando a galáxia com a matéria-prima para posteriores nascimentos de estrelas.

Com as primeiras Supernovas, a formação de elementos atômicos mais pesados ? como carbono e ferro ? plantou as sementes para o surgimento do Sistema Solar e da vida aqui na Terra. E, depois disso, durante o milhão de anos seguinte, mais ou menos, o Universo deve ter continuado a expandir-se, sem acontecer nada de especial.

O que aconteceu depois do Big Bang?

Big Bang

O Big Bang é a origem do universo, ocorrendo há aproximadamente 13,7 bilhões de anos. Começou como um ponto de volume quase zero e densidade tremenda. Então, esse ponto começou a se estender em todas as direções, não se expandindo dentro do espaço, mas causando a expansão do próprio espaço.

O primeiro período de tempo imediatamente após o Big Bang é conhecido como a época de Planck, que ocorreu durante os primeiros 10-43 segundos após ele. Pouco se sabe sobre este período, porque nossas teorias físicas atuais não podem sondar escalas de tempo menores do que esta. Pensa-se que todas as quatro forças fundamentais – nuclear forte, nuclear fraca, eletromagnetismo e gravidade – foram unificadas neste ponto, servindo como uma superforça. Os cientistas estão trabalhando em teorias físicas para ajudar a descrever esta época. No final da era Planck, a força da gravidade separou-se das outras três, criando a gravidade e a chamada força eletronuclear.

Após a época de Planck foi a época da grande unificação, ocorrendo 10-43 a 10-35 segundos após o Big Bang. O universo era menor que um quark (um tipo de partícula subatômica) com temperaturas superiores a 1027 K. Isso é cerca de 1012 vezes mais energético do que os pontos de colisão dentro dos maiores aceleradores de partículas.

À medida que o universo se expandia e esfriava, a força eletronuclear se dividia em seus constituintes: a força nuclear forte, a força nuclear fraca e o eletromagnetismo. No final da época da grande unificação, o universo tinha aproximadamente o tamanho de um próton.

A época da grande unificação foi seguida pela época inflacionária, durante a qual o universo cresceu por um fator de pelo menos 1026, e possivelmente muito maior. A época inflacionária durou apenas cerca de 10-32 segundos, mas durante esse tempo, o universo cresceu do tamanho de um próton para o tamanho de uma toranja ou mais. Seu volume aumentou por um fator de pelo menos 1078.

O universo se expandiu muitas vezes mais rápido que a velocidade da luz, explicado pela observação de que o próprio espaço estava se expandindo, embora nada dentro do espaço quebrasse o limite de velocidade universal.

Após a época inflacionária, o universo continuou a se expandir, até se tornar o que é hoje – um gigante com pelo menos 92 bilhões de anos-luz de tamanho, e talvez muito mais.

Fonte: spaceplace.nasa.gov/www.big-bang-theory.com/www.space.com/earthsky.org/www.wisegeek.org//br.geocities.com/www.thefreedictionary.com/www.ime.usp.br/phys.org