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Jun 27, 2023

A primeira luz do universo pode ajudar a desvendar a história cósmica

A Microondas Cósmica de Fundo traz consigo um registro de eventos ao longo dos 13,8 bilhões de anos de história do universo. Assim como Charles Darwin certa vez usou o registro fóssil para contar a história do

A Microondas Cósmica de Fundo traz consigo um registro de eventos ao longo dos 13,8 bilhões de anos de história do universo.

Tal como Charles Darwin usou uma vez o registo fóssil para contar a história da evolução da vida na Terra, os astrónomos estão a usar a primeira luz a brilhar através do universo para compreender os eventos que moldaram o cosmos.

Esta primeira luz é chamada de “Fundo Cósmico de Microondas (CMB)”, radiação restante que se espalha quase uniformemente por todo o universo. A CMB carrega consigo as assinaturas dos processos físicos do universo primitivo e possui características únicas que podem ser usadas para determinar a composição do universo.

Assim como o estudo da evolução biológica evoluiu desde a época de Darwin, as formas como os cosmólogos usam este fóssil cósmico mudaram, e futuras missões estão definidas para aumentar o foco na CMB e no que ela pode nos ensinar sobre como o universo funciona. evoluiu.

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Na segunda-feira, 2 de julho, no Encontro Nacional de Astronomia 2023 (NAM 2023), realizado na Universidade de Cardiff, no Reino Unido, a astrofísica Erminia Calabrese ofereceu uma visão geral de onde a ciência da CMB está atualmente e para onde irá no futuro próximo.

“A razão pela qual esta luz tem sido realmente a força motriz da cosmologia moderna é que ela esteve presente durante toda a história cósmica”, disse Calabrese. “Estava lá desde o início, passou por tudo o que o universo vivenciou. Viajou pela formação das primeiras estrelas, pela formação e evolução da estrutura em grande escala do universo.

“Ao fazer esta jornada em nossa direção, ele basicamente capturou impressões de toda essa física e as carrega consigo até hoje.”

Se você pudesse viajar cerca de 380.000 anos na história cósmica até o ponto em que o universo estava cheio de uma densa sopa quente de elétrons e prótons, a primeira coisa que você notaria é o quão escuro o cosmos é.

A razão pela qual esta época inicial dos 13,8 mil milhões de anos de história do Universo é literalmente uma idade das trevas cósmica é porque a abundância de electrões livres significava que os fotões, partículas de luz, estavam infinitamente espalhados, impedindo-os assim de viajar. Nesta época, o universo era essencialmente opaco à luz.

“Então o que estamos vendo é a primeira luz já emitida no universo, composta de fótons emitidos durante o Big Bang”, explicou Calabrese. “Os fótons ficaram presos em interações com todo o resto, o que significa que qualquer fenômeno de partícula que estivesse acontecendo nesta fase muito quente e densa do universo estava interagindo com esses fótons”.

Isso significa que, ao ficarem presos, os fótons criavam um registro da física no início do universo, mas não podiam ficar presos e em equilíbrio com a matéria para sempre.

Eventualmente, sofrendo uma rápida inflação cósmica como resultado do Big Bang, o universo expandiu-se e arrefeceu o suficiente para permitir que os electrões se ligassem aos protões e formassem os primeiros átomos neutros. Isso é conhecido como período de recombinação, embora elétrons e prótons não tenham sido conectados anteriormente.

Inicialmente, a luz que compõe a CMB era incrivelmente quente e energética, mas à medida que o Universo continuou a expandir-se, arrefeceu e perdeu energia, o que fez com que a frequência desta radiação fosse reduzida à região das microondas do espectro electromagnético.

Calabrese explica que atualmente o CMB assume a forma de um campo de radiação com temperatura de 2,7 Kelvin (-455 graus Fahrenheit ou -270,4 graus Celsius).

Como a recombinação aconteceu em todo o universo ao mesmo tempo, a radiação CMB chega até nós de todas as direções uniformemente. Isso significa que este fóssil cósmico parece igual em todas as áreas do céu – que os cientistas descrevem como sendo isotrópicas.

Esta uniformidade, mesmo em lados opostos do Universo, em áreas que actualmente não estão em contacto, é uma das principais evidências de que o Universo existiu outrora num estado quente e denso e depois passou por um período de rápida inflação, que hoje chamamos de Big Bang. Mas é nas áreas onde surgem pequenas diferenças que os cientistas encontram um registo fóssil cósmico útil.