Big Bang – O que é? Expansão do universo, Criação de partículas e Evidências

O Big Bang foi um fenômeno que ocorreu há mais ou menos 13 bilhões de anos, quando um pequeno fragmento do universo (extremamente denso e de temperatura infinitamente quente) começou a se expandir. Nesse momento, matéria, radiação e forças se encontram emaranhadas.  

A energia da radiação era tão intensa que que podia formar a matéria, assumindo a forma de partículas subatômicas: elétrons e pósitrons (antimatéria), conhecidos como partículas virtuais. Caso ambas se encontrem, destroem-se. Ou seja, a própria energia e a matéria se comportavam como única entidade, criando a matéria a partir da energia e provocando uma explosão violenta: o Big Bang.

Expansão do universo

No primeiro 10^-36 segundo, o universo cresceu cem milhões de vezes e sua temperatura deixou de ser quase infinitamente quente para 10²⁸ graus. Até as teorias mais sofisticadas não conseguem explicar o que aconteceu no instante da criação, o máximo que podemos retroceder no tempo é até 10^-43 segundos após o Big Bang. Não podemos dizer que houve tempo antes do Big Bang, porque o próprio tempo não existia.

Em tempo praticamente zero, o universo cresceu 10⁵⁰ vezes. Esse crescimento exorbitante é conhecido como inflação cósmica, um período que durou alguns instantes, mas foi de grande instabilidade, devido à alta quantidade de energia que expandiu o universo e criou a matéria que o preenche até hoje. No final da inflação, a temperatura quase alcançou o zero kelvin.

Criação de partículas

As poucas partículas e antipartículas existentes depois dessa enorme expansão estão muito dispersas, existindo um vácuo perfeito. Essas partículas aparecem e desaparecem continuamente. Um surto de energia no final da inflação libera as partículas e antipartículas virtuais para existirem independentemente. A matéria deixou de ser virtual e passou a ser real, fazendo com que o universo tivesse uma massa de 10⁵⁰ toneladas.

Graças à energia liberada na inflação, o universo primordial começou a criar diversas partículas, mas elas se destruíam quando encontrava a sua antipartícula correspondente. Só duas sobreviveram: quarks e léptons, que podem formar prótons e elétrons.

Criação da matéria – primeiros elementos

Quando o universo completou 1 segundo, toda a antimatéria foi eliminada e a matéria prevaleceu, sobrando partículas simples à medida que o universo se expandia.

O universo continuou a se expandir e os elétrons e núcleos não puderam mais resistir à atração eletromagnética, fundindo-se uns aos outros para formar os átomos. A temperatura então diminuiu e foram criados os três primeiros elementos: hidrogênio pesado (deutério), hélio e lítio.

Os gases hidrogênio e hélio nas galáxias formam as nebulosas.  Com o passar do tempo, essas nuvens de gás se dividiam em nuvens cada vez menores, nas quais havia uma maior concentração de gases.

Nessas regiões onde a força gravitacional é maior, os gases começam a se contrair. Quando um gás se contrai, ele esquenta até que os átomos colidam entre si e a fusão nuclear (queima do Hidrogênio) inicie. Isso libera muita energia e surgem então as estrelas.

A estrela continua transformando hidrogênio em hélio e irradiando a energia em forma de luz e calor. Quando o hidrogênio se esgota, a estrela começa a transformar hélio em elementos mais pesados, o que não libera tanta energia e a estrela entra em colapso, até se contrair a um raio crítico e forma condições favoráveis ao surgimento de buracos negros.  

Nos estágios finais de uma estrela, as regiões externas podem gerar uma grande explosão, chamada de supernova.

Alguns dos elementos mais pesados produzidos no final da vida de uma estrela irão se misturar no gás da galáxia e então formarão matéria-prima para a próxima geração de estrelas. O nosso próprio Sol contém 2% de elementos pesados, resquícios da primeira supernova.

Por meio de um processo chamado triplo alfa, três núcleos de hélio (partículas alfas) se transformam em um núcleo de carbono. Essa fusão nuclear ocorre em estrelas, por isso dizemos com certo teor filosófico que: “todos os seres vivos da Terra são filhos de estrelas que não existem mais”.

Evidências do big-bang

Abundância de Hidrogênio

Os elementos criados nos três primeiros minutos de criação do universo são formados por 77% de hidrogênio, 23% de hélio e 0, 000000 1% de lítio. Analisando nuvens de gás no universo, astrônomos descobrem a quantidade de cada elemento que nelas contém. Com isso, foi verificado que existe uma quantidade muito pequena de lítio, sendo uma poderosa evidência em favor ao Big Bang.

George Gamow foi o homem que sugeriu essa hipótese para o início do universo. Além disso, apontou que a radiação dos primórdios ainda deve existir.

Radiação residual

À medida que o universo continuava a se expandir, a radiação se dissipou. Em 1948, Ralph Alpher e Robert Herman previram que os resíduos da precipitação radioativa do Big Bang teriam sido resfriados pela expansão do universo.

Em 1963, Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson estavam usando um radiotelescópio e notaram que havia sempre um ruído de fundo que atrapalhava as medidas. Na tentativa de descobrir qual era a fonte desse ruído, eles descobriram que não importava para onde eles apontassem o radiotelescópio, lá estava a interferência. Foi descoberto, então, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas.

Galáxias e estrelas

As estrelas passaram a ser responsáveis pela criação dos elementos. Em seus núcleos, fizeram o hélio a partir do hidrogênio, o carbono a partir do hélio e esses elementos se tornaram a base da vida. Com o surgimento das galáxias, há 4,6 bilhões de anos, em uma dessas nascia uma estrela muito importante para nós: o Sol, bem como os seus planetas.

A galáxia em que estamos é chamada Via Láctea, galáxia espiral da qual o Sistema Solar faz parte.

Futuro próximo

As estrelas não vivem para sempre, elas irão utilizar todo o seu combustível e se transformarão em estrelas de nêutrons ou até mesmo em buracos negros. Galáxias, por sua vez, serão um cemitério de estrelas mortas em torno de um buraco negro supermaciço.

Existem diversas teorias que nos falam sobre o fim do universo, como é o Big Church, mas nenhuma nos garante alguma certeza.