v. 1, no III, p. R2, (2008)

Introdução à Cosmologia
por
Gil de Oliveira Neto
Departamento de Matemática e Computação, Faculdade de Tecnologia, 
Universidade do Estado do Rio de Janeiro, Resende, R.J, Brasil.

3. Evolução Térmica do Universo.

 Logo após o ‘big bang’ (10^-36 s), o Universo era extremamente pequeno (10^-99 cm³ ) e quente (10²⁷ K). Inicialmente, ele passou por uma fase de rápida expansão chamada inflação. Em um período muito curto, o raio do Universo cresceu diversas vezes (10⁴³). No final desse período, o Universo estava extremamente homogêneo e isotrópico. Qualquer irregularidade proveniente da explosão inicial havia desaparecido. A medida que o Universo expande, seu tamanho aumenta e sua temperatura diminui. Logo após ao ‘big bang’, o Universo era constituído de quarks, elétrons, fótons, entre outras partículas fundamentais. Os quarks são os constituintes, entre outros, dos prótons (p) e dos nêutrons (n), os quais estão presentes nos núcleos atômicos do diversos elementos. Depois do período de inflação, os quarks se condensaram e formaram os prótons e nêutrons. O próximo acontecimento importante ocorreu depois de 1 s, quando a temperatura do Universo tinha caído para 10¹⁰K. Foi a chamada nucleossíntese primordial, quando os primeiros prótons e nêutrons se ligaram através da força forte para formar os primeiros núcleos atômicos, mais pesados que o núcleo do hidrogênio. O núcleo do hidrogênio é formado por um único próton. Nessa época, tivemos a formação dos núcleos dos isótopos do hidrogênio: o deutério (1p + 1n) e o trítio (1p + 2n). Se formaram, ainda, os núcleos de hélio (2p + 2n) e lítio (3p + 4n). Nesse momento, a temperatura do Universo não era alta o suficiente para formação de núcleos de átomos mais pesados e o processo de nucleossíntese primordial parou, nos núcleos mencionados. Todo o núcleo atômico mais pesado que o do lítio, se formou posteriormente no interior das estrelas. Devido a esse fato, a abundância desses núcleos atômicos formados durante a nucleossíntese primordial é sensivelmente maior do que o esperado caso eles tivessem sido formados apenas no interior das estrelas. Esse fato é confirmado pelas observações astronômicas e representa uma importante evidência observacional em favor do modelo do ‘big bang’. Com a contínua expansão e resfriamento do Universo chegou o momento (140000 anos) em que a pressão exercida pelos fótons sobre os elétrons e núcleos, já formados, caiu a um ponto que os elétrons se ligaram a esses núcleos formando os primeiros átomos. Essa pressão exercida pelos fótons e basicamente devido aos choques entre esses e os elétrons e núcleos. Essa é a chamada época de recombinação. Logo depois dessa época, houve o completo desacoplamento entre matéria (átomos) e radiação (fótons), visto que os fótons podiam, agora, se mover livremente. Esses fótons constituem a chamada radiação de fundo. Devido a homogeneidade e isotropia do Universo ela provém igualmente de todas as direções do céu. Além disso, com base no resfriamento do Universo devido a sua expansão, essa radiação, hoje em dia, tem uma temperatura de aproximadamente 2,7°K. A radiação de fundo foi primeiramente detectada em 1965 em um radiotelescópio nos EUA e constitui uma outra importante evidência observacional em favor da teoria do ‘big bang’. Com o passar do tempo, os primeiros átomos formados, sobretudo o hidrogênio, formaram grandes nuvens que sob a ação da gravidade, coalesceram. Desse processo surgiram as primeiras estrelas. Essa primeira geração de estrelas e posteriormente suas descendentes também coalesceram, sob a ação da gravidade, para formar os aglomerados estelares e as primeiras galáxias. Essas galáxias por sua vez formaram os chamados grupos de galáxias. O sol é uma estrela de terceira ou quarta geração e tem aproximadamente cinco bilhões de anos. Ela esta situada em um dos braços espirais da galáxia chamada via láctea, que por sua vez se situa no chamado grupo local de galáxias. É importante mencionarmos que se a homogeneidade e isotropia do Universo fossem exatas teria sido impossível a formação de estrelas, galáxias e demais corpos celestes. Observações recentes demonstraram que as não-homogeneidades e as anisotropias do Universo, na época do início da formação desses corpos celestes, eram grandes o suficiente para elas se formarem. Essas observações foram obtidas pelo satélite artificial Cobbe, e constituem, também, outra importante evidência em favor da teoria do ‘big bang’. E com a formação de estruturas em larga escala do Universo, chegamos à época atual do Universo.

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