O nascimento do universo

Como tudo começou?

17 de setembro de 2024

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O universo é imenso, não há dúvidas. Ele é tão grande que nem mesmo nossa imaginação pode sonhar com sua magnitude. Nós contamos as estrelas, os planetas e tentamos medir o universo observável, descobrindo de novas formas o quão absurdas são suas proporções e o quão pequeninos nós somos no meio dele.

Mas houve um momento, há 13,8 bilhões de anos, em que tudo que compõe o universo e o que existe nele, cada nuvem de poeira, cada asteroide, cada estrela e planeta, coube em um espaço menor do que um átomo. Foi a partir desse minúsculo pontinho, conhecido como Big Bang, que tudo que concebemos como realidade se tornou possível, mesmo que ainda não saibamos de que forma isso aconteceu.

Passada uma pequena fração de segundo, o universo começou a expandir rapidamente. Nenhuma teoria atual consegue computar esse momento logo após o Big Bang. É um instante tão remoto e extremo que nossa matemática e física se tornam ferramentas fracas, nos restando apenas hipóteses (ao menos por enquanto). Todo o conhecimento científico sobre a origem do universo começa um mísero instante após ele já existir. 

Como tudo estava em uma escala imensuravelmente pequena, não havia nenhum átomo estável. Toda a matéria estava na forma de um plasma de partículas primordiais energizadas conhecidas como quarks e glúons, aglutinadas até que o universo atingisse uma temperatura homogênea. Estima-se que em seus momentos iniciais havia a mesma quantidade de matéria e antimatéria e que elas existiam em um equilíbrio autodestrutivo até que, de alguma forma que não entendemos, a matéria prevaleceu, possibilitando assim a criação de um universo como o nosso.

Lembrem-se, para a ciência, não havia nada antes do Big Bang. Não havia tempo, espaço e nenhuma lei humana era aplicável para descrever o que quer que existisse. O universo cresceu em uma velocidade impressionante. Em apenas 0,00000001 segundo depois da expansão inicial, o cosmos já possuía bilhões de quilômetros de tamanho. Nos seus primeiros segundos de existência, os quarks e glúons estabilizaram-se na forma dos primeiros prótons e nêutrons.

Porém ainda era quente demais para que elétrons livres fossem capturados, e assim foi por mais um tempo. Três minutos depois iniciou-se a nucleossíntese primordial, quando formaram-se os primeiros núcleos de hidrogênio e hélio, compondo assim praticamente toda a matéria do universo. Tornando-se então um imenso aglomerado de gás hidrogênio quente e ionizado. 

Esse gás absorveu toda a emissão de fótons ao seu redor, tomando o cosmos com uma enorme escuridão. Foram precisos 380 mil anos para que os elétrons se aproximassem dos núcleos atômicos, formando os primeiros átomos. Por toda a parte, as partículas estabilizaram-se liberando quantidades extraordinárias de radiação. A névoa cósmica dissipou-se, permitindo que a luz viajasse pelo universo. Podemos não vê-la com nossos olhos, mas ela aparece para nós na forma de um ruído. Esse sinal é o registro do primeiro brilho de um universo jovem e resplandecente.

Modelo visual da história do universo a partir do Big Bang. (Créditos: NASA).

Após milhões de anos, a ação gravitacional da matéria fez com que ela se aglomerasse em enormes nuvens de gás separadas umas das outras. Regiões mais densas desses aglomerados foram condensadas em si mesmas lentamente até a pressão ser tamanha que os átomos de hidrogênio no centro dessas regiões iniciaram o processo de fusão nuclear,  gerando luz e calor na forma das primeiras estrelas. Essa foi a primeira noite estrelada do universo, cerca de 100 milhões de anos após o Big Bang.

Os primeiros corpos celestes brilharam intensamente, mas por um período breve em comparação à escala do universo. Estrelas menores esgotaram seu combustível e transformaram-se em anãs brancas, liberando energia e elementos químicos nesse processo. Já as estrelas massivas, com pelo menos oito vezes a massa do nosso Sol, eram grandes e quentes o suficiente para produzir elementos pesados como oxigênio e ferro em seus núcleos. Ao morrerem, tais estrelas ejetaram todo esse material no universo, tornando-se a matéria-prima para novas estrelas e outros corpos celestes, como planetas, nebulosas e asteroides. Nesse processo final das estrelas massivas, conhecido como supernova, elementos mais pesados da tabela periódica são formados. Isso significa que tudo o que existe hoje, desde o ar que respiramos, cada gota de água, cada pessoa que amamos e cada pedaço deste mundo e de outros mundos, foi forjado no coração das primeiras estrelas em uma noite sem fim. Somos, de fato, poeira de estrelas; matéria ejetada por essas imensas forjas espaciais, acumulada e organizada na forma que temos hoje.

Imagem mais profunda e nítida do universo distante, obtida no infravermelho pelo telescópio espacial James Webb. (Créditos: NASA, ESA, CSA, STScI).

Foram necessários nove bilhões de anos para a gravidade condensar matéria suficiente para formar um pequeno planeta na Via Láctea. Um planeta que estaria distante o suficiente de sua estrela jovem para permitir florescer algo diferente nesse universo tão antigo. Um planetinha azul, que trazia as improváveis condições para que algo inimaginável florescesse. Neste pálido e recôndito ponto azul… a vida apareceu.

Concepção artística de uma estrela jovem cercada por um disco de gás e poeira no qual planetas estão se formando. (Créditos: ESO/L. Calçada).

Esta é a teoria do Big Bang, o modelo mais aceito na comunidade científica para descrever a origem e a evolução do universo. A ideia inicial para esta teoria foi proposta por um padre belga no início dos anos 30 e desde então já encontramos algumas evidências que a sustentam… mas essa é uma história que podemos contar em outra ocasião.

[Texto de autoria de Gabriel Barcelos, estudante de jornalismo da UFMG]

Referências

George Lemaitre: Father of Big Bang (George Lemaitre: Pai do Big Bang)

The origins of the universe, explained (As origens do Universo, explicadas)

Cosmic History | NASA (História Cósmica | NASA)

Cosmos, a Galáxia mais distante e a importância da descoberta 

Afinal, como se formaram os primeiros elementos químicos?

Para saber mais

Recreating Big Bang matter on Earth | CERN (Recriando a matéria do Big Bang na Terra | CERN)

The early universe | CERN (O Universo primitivo | CERN)