Radiação do Fundo do Universo


pwEm 1964, a descoberta acidental da radiação de microondas do fundo do universo, uma radiação que vinha de todas as direções, pelos rádio-astrônomos Arno Allan Penzias e Robert Woodrow Wilson, dos Bell Laboratories, com sua antena corneta de Holmdel, com a qual descobriram o excesso de energia devido à radiação cósmica do fundo do Universo, utilizando o amplificador maser de baixíssimo ruído recém desenvolvido no Bell Labs, reforçou a teoria do Big Bang, ou a Grande Expansão. Penzias e Wilson, que receberam o prêmio Nobel em 1978, publicaram seus resultados do excesso de emissão observado no Astrophysical Journal em 1965, e no mesmo volume Robert Henry Dicke (1916-1997), Philip James Edward Peebles, Peter G. Roll, e David T. Wilkinson (1935-2002), que estavam construindo uma antena para procurar por esta emissão, publicaram a interpretação do excesso como a detecção da radiação remanescente do Big Bang. A radiação do fundo do universo é o sinal eletromagnético proveniente das regiões mais distantes do Universo (a 13,7 bilhões de anos-luz) e que havia sido predita desde 1948 por Ralph Asher Alpher (1921-2007) e Robert Herman (1922-1997), associados de George Gamow (1904-1968), como a radiação remanescente do estado quente que o Universo se encontrava quando se formou (na verdade quando ele ficou transparente, 380 mil anos depois do Big Bang). Ralph Alpher e Robert Herman publicaram a previsão da radiação do fundo do Universo de 5 K, em 1948, na Nature, 162, 774.

Formas do Universo

A teoria do Big Bang leva em conta que se as galáxias estão se afastando umas das outras, como observado por Edwin Hubble em 1929, então no passado elas deveriam estar cada vez mais próximas, e num passado remoto, cerca de 13,7 bilhões de anos atrás, deveriam estar todas num mesmo ponto, muito quente, uma singularidade espaço-tempo, que se expandiu no Big Bang. O Big Bang, ou Grande Expansão, criou não somente a matéria e a radiação, mas também o próprio espaço e o tempo. Este é o início do Universo que podemos conhecer.lemaitre

O padre e cosmólogo belga Georges-Henri Édouard Lemaître (1894-1966) foi provavelmente o primeiro a propor um modelo específico para o Big Bang, em 1927. Ele imaginou que toda a matéria estivesse concentrada no que ele chamou de átomo primordial e que este átomo se partiu em incontáveis pedaços, cada um se fragmentando cada vez mais, até formar os átomos presentes no Universo, numa enorme fissão nuclear. Sabemos que este modelo não pode ser correto, pois não obedece às leis da relatividade e estrutura da matéria (quântica), mas ele inspirou os modelos modernos.

friedIndependentemente de Lemaître, o matemático e meteorologista russo Alexander Friedmann (1888-1925) descobriu toda uma família de soluções das equações da teoria da relatividade geral.

Geometry
Embora nossos gráficos do Universo sejam bi-dimensionais, o Universo é tri-dimensional. O problema é que não temos como representar um universo curvo em três dimensões e portanto reduzimos uma dimensão somente para poder desenhar.

A família de soluções para a teoria de relatividade geral encontrada por Friedmann e Lemaître descreve um Universo em expansão, e eles são chamados os pais da Cosmologia. As soluções possíveis das equações da relatividade geral incluem expansão eterna ou recolapso.

Se a constante cosmológica for nula (energia do vácuo nula), os modelos se dividem em três classes. Se a densidade de matéria for alta suficiente para reverter a expansão, o Universo é fechado, como a superfície de uma esfera mas em três dimensões, de modo que se uma nave viajasse por um tempo extremamente longo em linha reta, voltaria ao mesmo ponto.

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Se a densidade for muito baixa, o Universo é aberto e continuará se expandindo para sempre.

O terceiro caso, chamado de Universo plano, é o limite entre o Universo aberto e o fechado. O Universo neste caso se expande para sempre, mas a velocidade das galáxias seria cada vez menor, chegando a zero no infinito, ainda desconsiderando a energia do vácuo. Neste caso, o Universo é Euclidiano, isto é, tridimensionalmente reto.

Qual destes modegamowlos representa o Universo real continua um dos cernes da cosmologia moderna, mas as observações recentes indicam que o Universo é plano (Euclidiano nas três dimensões espaciais).

Herman, Gamow e AlpherEm 1940, o físico russo-americano George Antonovich Gamow (1904-1968), que fora estudante de Friedmann antes da morte deste aos 37 anos, sugeriu um modelo com início oposto ao de Lemaître – fusão nuclear.Ele publicou os resultados em 1948, com Ralph Alpher [e Hans Bethe (1906-2005)]. O modelo de Gamow iniciou com partículas fundamentais que se aglomeraram em elementos mais pesados, por fusão no Big Bang. Suas idéias estão corretas, exceto que as condições iniciais do Universo não eram apropriadas para fundir o carbono e elementos mais pesados, formando somente H e He em abundância significativa. Os elementos mais pesados foram produzidos mais tarde no interior das estrelas.

Matéria Escura

Fritz Zwicky
Fritz Zwicky

Outro ítem importante na cosmologia é a chamada matéria escura, postulada pela primeira vez por Fritz Zwicky (1898-1974) em 1937 (Astrophysical Journal, 86, 217). Esta é a matéria extra necessária para explicar as curvas de rotação das galáxias e as velocidades observadas das galáxias em aglomerados, maiores que as explicáveis através da matéria observada, chamada matéria luminosa. Zwicky, um astrônomo suíço trabalhando com o recém instalado telescópio Schmidt de 46 cm do Monte Palomar, nos Estados Unidos, observando que as velocidades das galáxias em aglomerados eram muito maiores do que deveriam ser, calculou que a massa do aglomerado deveria ser pelo menos dez vezes maior do que a massa da matéria visível no aglomerado, isto é, da massa em estrelas e gás pertencentes às galáxias (Fritz Zwicky, 1942, Publications of the Astronomical Society of the Pacific, 54, 185). Em 1980 Vera Cooper Rubin (1928-) mostrou, pelas velocidades de rotação das galáxias, que a matéria escura também está presente em galáxias individuais(Astrophysical Journal, 238, 808).


FONTE: Universidade Federal do Rio Grande do Sul – UFRGS

Créditos: Kepler de Souza Oliveira Filho

© Os textos, gráficos e imagens desta página têm registro: ISBN 85-7025-540-3 (2000), ISBN 85-904457-1-2 (2004), ISBN 978-85-7861-187-3 (2013), e só podem ser copiados integralmente, incluindo o nome dos autores em cada página. Nenhum uso comercial deste material é permitido, sujeito às penalidades previstas em lei.
© Kepler de Souza Oliveira Filho & Maria de Fátima Oliveira Saraiva

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