sábado, 15 de setembro de 2012

O Universo: Big Bang e formação das primeiras unidades cósmicas

Se nosso Universo for fechado, isto é, se sua densidade média for superior a 6.5x 10-30 g/cm3, sua velocidade de expansão deverá diminuir até anular-se, e em seguida ele deverá implodir sobre si mesmo, num colossal Cosmocrounch, no futuro longínquo, daqui a muitas dezenas de bilhões de anos. Toda a matéria estará reunida numa singularidade, um espaço muito pequeno de densidade extremamente alta, virtualmente infinita, e sob uma temperatura também extremamente alta, virtualmente infinita. Nessa singularidade que foge a qualquer visualização, matéria e energia seriam indistinguíveis, não haveria espaço em seu entorno e o tempo não seria sentido.


Esta pode ter sido a situação existente a cerca de 15 bilhões de anos atrás, o ponto de partida de tudo que nos diz respeito, um ponto reunindo toda a matéria e energia do Universo, que explodiu no evento único e original que os físicos denominaram Grande Explosão, ou Big Bang.
Por meio do conhecimento existente sobre matéria e energia, radiações, partículas elementares, e fazendo uso de física teórica, incluindo modelagens e simulações, os cientistas reconstituíram com grande precisão as etapas sucessivas à Grande Explosão. Segundo dizem tendo como situação de partida o Ylem imaginado recentemente por Gamow, e iniciado com o Big bang, o resto é perfeitamente previsível.A ciência não tem elementos para caracterizar o período que os físicos denominam Planckiano, decorrido logo após o instante inicial. Trata-se do tempo necessário para a luz atravessar o comprimento de Planck, a unidade fundamental de comprimento, pois não é possível saber se as constantes fundamentais que governam nosso mundo já atuavam naquelas condições. Durante os 3x10-10 segundos iniciais a temperatura era alta demais para a matéria ser estável, tudo era radiação. Ainda hoje o espectro da radiação de microondas de fundo (microwave background radiation) que pervaga o universo em todas as direções do espaço, como remanescente da radiação emitida, é uma das maiores evidências para o Big bang e implica que a radiação original partiu para todos os lados com a mesma temperatura.
Com a expansão e a criação contínua do espaço, foram surgindo as quatro forças fundamentais da natureza que incluem a força eletromagnética, as forças nucleares forte e fraca (que só têm influência no interior do núcleo atômico), e a força da gravidade, que de longe, é a mais familiar a todos nós. Contudo, a força da gravidade por ser muito fraca é difícil de ser medida (na verdade sua medida equivale à constante G). Houve também uma fase de expansão extremamente rápida (fase inflacionária), em que a velocidade da expansão foi até maior que a velocidade da luz. Com base nesse modelo os astrofísicos explicam as feições anômalas observadas em nosso universo. Implica também que pode ter-se originado da mesma forma uma quantidade enorme de outros universos que jamais seremos capazes de conhecer, visto que , após a fase inflacionária, estes teriam sua própria expansão e evolução muito distante de nós, de modo que a luz não nos alcançaria.


Após 10-32 segundos, nosso universo inflado, o universo visível, teria sua expansão governada pela constante de Hubble, e sua evolução o levaria até o estágio atual, em que seu raio é da ordem de 15 bilhões de ano-luz.
Nesta evolução primitiva, a temperatura e a densidade de energia foram decrescendo, e foram criadas as condições para a formação da matéria, no processo denominado nucleogênese: prótons, nêutrons, elétrons e em seguida os átomos dos elementos mais leves. Primeiramente H e He - os dois elementos principais da matéria do universo - e posteriormente Li e Be. Com pouco menos de um milhão de anos de vida, a temperatura do Universo encontrava-se em cerca de 3000k, e a energia estava suficientemente baixa para permitir aos átomos permanecerem estáveis. Com a captura dos elétrons pelos átomos em formação, o Universo embrionário tornou-se transparente à luz, sendo constituído por H (74%), He (26%), além de quantidades muito diminutas de Li e Be.
Por outro lado a temperatura decresceu para valores abaixo de alguns milhões de graus, nenhum outro elemento teve condição de ser criado. As estrelas e as galáxias formaram-se mais tarde, quando o resfriamento generalizado permitiu que a matéria viesse a se confinar em imensas nuvens de gás. Estas posteriormente, entrariam em colapso gravitacional pela ação da força de gravidade, e seus núcleos se aqueceriam, levando à formação das primeiras estrelas. As primeiras galáxias surgiram por volta de 13 bilhões de anos atrás. A Via láctea tem aproximadamente 8 bilhões de anos de idade e dentro dela o nosso sistema solar originou-se há cerca de 4,6 bilhões de anos.

sexta-feira, 24 de agosto de 2012

O que é a Matéria Escura?

Primeiro, a matéria escura poderia ser matéria comum, feita de prótons, nêutrons e elétrons. Essa matéria comum não emite nem absorve luz, mas mostra os efeitos gravitacionais. Veja a seguir algumas possibilidades.
  • Anãs marrons - objetos grandes formados da mesma maneira que as estrelas, mas nunca acumularam gases e poeira suficientes para chegar à massa crítica e iniciar a fusão do hidrogênio. As anãs marrons têm cerca de 5% da massa do Sol, isto é, são geralmente maiores que um planeta, mas não tão grandes quanto uma estrela. Os astrônomos chamam essas "estrelas" e objetos semelhantes de Machos (Massive Compact Halo Objects - Objetos massivos compactos de halo). Os Machos podem ser detectados pelos efeitos de lentes gravitacionais. Os astrônomos acham que as anãs marrons não são numerosas o bastante para serem responsáveis pela matéria escura na galáxia.
  • Anãs brancas - são os restos dos núcleos de estrelas pequenas e médias. Embora existam muitas anãs brancas, elas não são suficientes para formar a matéria escura (deveria haver grande quantidade de hélio remanescente delas, mas isso não foi observado).
  • Estrelas de nêutrons/buracos negros - são os últimos restos dos núcleos das grandes estrelas após as explosões de supernovas. Embora tenham efeitos gravitacionais grandes e sejam invisíveis uma vez que não conseguem evitar que a luz escape (buracos negros), são muito raras para justificar a matéria escura.
Em segundo lugar, a matéria escura pode ser um tipo totalmente novo de matéria, ou matéria extraordinária. A matéria extraordinária consiste provavelmente em partículas subatômicas que interagem muito pouco com a matéria comum e foram chamadas de WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles - Partículas de grande massivas francamente interagentes).
  • Neutrinos - partículas subatômicas que se movem com velocidades próximas a da luz, mas possuem pouca massa. Essas partículas provavelmente formam pouca matéria escura dentro das galáxias, pois movimentam-se com tanta rapidez que conseguem escapar da força gravitacional da galáxia. Entretanto, podem constituir alguma matéria escura entre as galáxias. Por isso, duvida-se que elas formem muita matéria escura.
  • Novas partículas subatômicas - poderia haver muitas dessas partículas propostas. Muitas originam-se da teoria dasupersimetria, que dobra o número de partículas do modelo padrão. Elas se movem com uma certa lentidão e são relativamente frias (isto é, não detectáveis pelos telescópios de infravermelho e raio X). Os físicos especialistas em partículas estão tentando encontrar evidências de que essas partículas teóricas expliquem a matéria escura.
    • Neutralinos (neutrinos "massivos") - partículas hipotéticas semelhantes aos neutrinos, mas mais pesadas e lentas. Embora não tenham sido descobertas, são o principal candidato para a  matéria escura extraordinária.
    • Áxions - pequenas partículas neutras e de pouca massa (menos de um milionésimo da massa de um elétron)
    • Fotino - semelhante aos fótons, mas com massa de 10 a 100 vezes maior que a de um próton. Os fotinos são neutros e interagem de forma fraca com a massa.
Os cientistas estimam que a matéria comum pode construir até 20% da matéria escura do universo.

Constelação


A gravidade



Gravidade, força invisível aos olhos humanos, que tudo destrói e atraí. Veja neste documentário, da série ''O Universo da THC, que desvenda os principais mistérios por trás desta força vital para a vida na terra!