UMA VISÃO GERAL
Nossa descrição do Universo primordial baseia-se mais nos cálculos e no conhecimento que temos sobre as leis da Física. As escalas de distância cobertas pelos telescópios ópticos e radiotelescópios vão até cerca de 13 bilhões de anos luz, ou praticamente a borda do Universo, já que estimamos que ele tenha cerca de 13,9 bilhões de anos. A última medida direta de um observável astronômico é a Radiação Cósmica de Fundo em Microondas (doravante RCFM), com praticamente 13,9 bilhões de anos, e situada em z ~ 1100. Os outros observáveis, tais como neutrinos primordiais e os primeiros núcleos de elementos (H, He, D, Li) somente podem ser estimados de forma indireta. Temos um bom conhecimento sobre o Universo mais jovem, entre cerca de 10-6 s e ~ 380 mil anos de idade. Esse período é explorado a partir das informações que extraímos do estudo da RCFM, descoberta por Arno Penzias (1933 – ) e Robert Wilson (1936 – ) em 1964, e da sua associação com o estado primordial denso e quente mencionado anteriormente. As galáxias mais próximas são brilhantes e permitem um estudo mais detalhado de suas propriedades. À medida que observamos objetos mais e mais distantes, a quantidade de radiação que recebemos é cada vez menor e, por essa razão, astrônomos sempre estão desenvolvendo instrumentos mais sofisticados. Olhando “mais fundo” no Universo, os astrônomos tentam conhecer mais detalhes sobre a época de nascimento das galáxias, sua distribuição no espaço e sua evolução. Essa distribuição é conhecida como Estrutura em Grande Escala (Figura 7.2). O redshift (do inglês, deslocamento para o vermelho) é uma propriedade observada nas linhas espectrais das galáxias, que são deslocadas para maiores comprimentos de onda, na direção da parte vermelha do espectro eletromagnético (região de menor energia). A variação da freqüência em função do movimento do corpo emissor é conhecida como efeito Doppler a a variação é tanto maior quanto mais distante estiver a galáxia observada. O mapa apresentado na Figura 7.2 é baseado nas medidas de redshift das galáxias e aglomerados.
Figura 7.2 – Levantamento de galáxias 2MASS, distribuídas em função do redshift, com cerca de 1,6 milhões de galáxias. A faixa brilhante no centro é a Via Láctea, onde estamos localizados. feito pela equipe do Center for Astrophysics (CfA) nas décadas de 70 e 80. O centro da figura representa o observador, ou seja, nós. Os números entre parênteses representam a distância em unidades de megaparsecs1 ou, quando somente um número, o redshift. Os pontos mais distantes estão representados em vermelho e estão um redshift ~ 1,0. Muitas galáxias estão ligadas pela atração gravitacional, formando aglomerados que, por sua vez, se agrupam em super aglomerados e em estruturas ainda maiores. Fonte: IPAC/Caltech (https://apod.nasa.gov/apod/image/0712/lss_2mass_big.jpg).
Não sabemos exatamente em que época começou o processo de formação dessas estruturas, porque temos muito pouca informação sobre esse período do Universo, mas sabemos que isso deve ter acontecido quando o Universo tinha entre 100 milhões e 200 milhões de anos de idade, conforme dados obtidos pelos satélites Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) e Planck, lançados, respectivamente, em 2001 e 2009.
(1 parsec (pc) = 3,26 anos luz = 3,09 x 1013 km,
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1 Megaparsec (Mpc) = 106 pc = 3,09 x 1019 km).
A partir do início da década de 90, a combinação dos resultados de medidas da RCFM com observações da distribuição de galáxias e aglomerados de galáxias, descritos com o arcabouço da TRG, possibilitaram a criação de um paradigma de modelo cosmológico, conhecido como Modelo Cosmológico Padrão (doravante MCP). Ele é baseado na métrica de Robertson-Walker, nas equações de Friedmann e em observações que dão a sustentação para o MCP. Apesar de ainda deixar uma série de perguntas sem resposta, este modelo é o que melhor descreve o Universo que observamos e é baseado nos seguintes pontos: • Não há região ou observador no espaço que ocupe uma posição preferencial em relação a outra qualquer. Essa afirmativa é conhecida como Princípio Cosmológico; • O Universo é homogêneo e isotrópico em escalas suficientemente grandes; • A existência e as propriedades da RCFM, a abundância de determinados elementos químicos leves (Hidrogênio, deutério, Hélio e Lítio), a observação da velocidade relativa de afastamento de galáxias distantes e a expansão acelerada do Universo são observações que sustentam o arcabouço teórico do MCP. O item 1 foi enunciado por Nicolau Copérnico em fins do século XV e vem sendo utilizado na maioria dos modelos cosmológicos desde então. Como praticamente todos os processos observados na evolução das estrelas e galáxias podem ser descritos em termos da Física conhecida, acredita-se que as leis que descrevem os fenômenos físicos na nossa Galáxia são as mesmas em qualquer parte do Universo. Essa crença vem de podermos observar e descrever fenômenos que ocorrem em galáxias distantes com exatamente o mesmo formalismo matemático usado para descrever fenômenos locais. O item 2 vem sendo estudado em detalhes nos últimos anos e verificado com base em resultados de diversos levantamentos de galáxias, ou “redshift surveys”, como são conhecidos entre os profissionais. Podemos citar, como exemplo, o Center for Astrophysics/CfA Survey, o Sloan Digital Sky Survey/SDSS, o Six Degree Field Survey/62dF, e o Automated Plate Measuring/APM Survey, entre outros. Os “redshift surveys” atingem distâncias menores que 1 bilhão de parsecs, ou cerca de 3 bilhões de anos luz (correspondendo a um redshift z ~ 0.2). A homogeneidade e isotropia do Universo começam a ser verificadas a partir de distâncias da ordem de 600 milhões de anos luz (cerca de 6x1026 cm, que eqüivalem a ~ 200 milhões de parsecs ou ~ 6 bilhões de trilhões de quilômetros). Até distâncias dessa ordem ainda são observados diversos tipos de estrutura, tais como vazios, paredes e estruturas filamentares. Desse ponto até o ponto onde se formou a RCFM (~ 13 bilhões de anos luz, equivalentes a 1,23x1028 cm ou 120 bilhões de trilhões de quilômetros) existe uma lacuna de informações, mas estimativas teóricas sugerem que esse foi o intervalo de tempo necessário para que a distribuição inicial de matéria evoluísse para formar as primeiras estruturas do Universo. O item 3 apresenta as evidências observacionais que sustentam o MCP, sendo que a abundância dos elementos químicos nos traz informações sobre o processo da nucleossíntese primordial, a RCFM reflete o estado de equilíbrio termodinâmico no Universo jovem, a aceleração do Universo recentemente observada em medidas de supernovas tipo I e a velocidade de recessão das galáxias distantes são fortes evidências do processo de expansão do Universo. Eles serão descritos, separadamente, nas seções 7.2.2, 7.3.4 e 7.3.5.
Fonte: INPE
Autor: Carlos Alexandre Wuensche