O que é radiação cósmica de fundo? - Médico - 2023

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Uma das maiores ambições dos astrônomos é chegar o mais perto possível do momento exato do Big Bang. Ou seja, naquele momento em que, partindo de uma singularidade no espaço-tempo, começou a se expandir toda a matéria e energia que dariam origem ao atual Universo observável, com 93.000 milhões de anos-luz de diâmetro.

O Big Bang ocorreu há 13,8 bilhões de anos e, até hoje, o Universo continua a se expandir em um ritmo acelerado. E embora os avanços da Astronomia tenham sido e sejam surpreendentes, a verdade é que há uma série de limitações físicas que nos impedem de ver o que aconteceu no preciso momento do nascimento do Cosmos.

Mas, desde 1965, temos um dos registros cosmológicos mais importantes da história desta ciência: a radiação cósmica de fundo. Estamos falando de um tipo de radiação eletromagnética que preenche todo o Universo e que é o eco mais antigo do Big Bang que podemos medir. É graças a esta radiação cósmica de fundo que podemos ver o mais longe (mais antigo) possível.

No artigo de hoje, embarcaremos em uma jornada emocionante para entender exatamente o que é a radiação cósmica de fundo, qual é sua relação com o Big Bang, por que é tão importante e quais são suas aplicações na astronomia. Vamos lá.

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Qual é a radiação cósmica de fundo?

A radiação cósmica de fundo, também conhecida como radiação cósmica de fundo, radiação cósmica de fundo ou CMB (Fundo cósmico de micro-ondas) É um tipo de radiação eletromagnética que preenche todo o Universo e que é um conjunto de ondas que são o eco mais antigo do Big Bang.

Nesse sentido, a radiação cósmica de fundo é, de certa forma, as cinzas do nascimento do Universo. Mas o que isso está relacionado ao Big Bang? Bem, aqui está a parte complicada. E para nos colocarmos em contexto, devemos viajar um pouco ao passado. Nada, 13,8 bilhões de anos.

Bem, primeiro devemos falar sobre a luz. Como todos sabemos, tudo o que vemos é graças à luz. E a luz, apesar de ser muito rápida, não é infinitamente rápida. De acordo com a relatividade de Einstein, a luz viaja a uma velocidade constante de 300.000 km por segundo. Isso é muito. De nossa perspectiva. Mas é que as distâncias no Universo são terrivelmente enormes.

Portanto, sempre que vemos algo, não estamos realmente vendo como é, mas como era. Quando olhamos para a Lua, vemos como era há um segundo atrás. Quando olhamos para o Sol, vemos como era há 8 minutos. Quando olhamos para Alfa Centauro, a estrela mais próxima de nós, vemos como era cerca de 4 anos atrás. Quando olhamos para Andrômeda, a galáxia mais próxima da nossa, a Via Láctea, vemos como era há 2,5 milhões de anos. E assim por diante.

Olhar para o Universo implica viajar ao passado. E quanto mais longe olharmos, levando em consideração que a luz demorará mais para nos alcançar, mais estaremos no passado. Em outras palavras, procurando os objetos mais distantes do Universo, mais perto estaremos de seu nascimento.

Na verdade, tenha em mente que descobrimos galáxias que estão a 13 bilhões de anos-luz de nós. Isso significa que sua luz levou 13 bilhões de anos para chegar até nós. Portanto, estamos viajando de volta a apenas 800 milhões de anos após o Big Bang, certo?

Então, se olharmos para o ponto mais distante do Cosmos, podemos ver o instante 0 do Big Bang, certo? Esperançosamente, mas não. Há um problema que discutiremos agora. Por enquanto, apenas entenda que radiação cósmica de fundo é o registro eletromagnético mais antigo que temos atualmente.

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O Big Bang e o Fundo Cósmico de Microondas

Como já mencionamos, existe um “pequeno” problema que nos impede de ver (em termos de captura de radiação do espectro visível, ou luz, refere-se) o momento exato do nascimento do Universo ou Big Bang. E é que durante os primeiros 380.000 anos de vida do Universo, não havia luz.

Deve-se levar em conta que o Universo nasceu de uma singularidade (uma região no espaço-tempo sem volume, mas de densidade infinita) em que se condensaram toda a matéria e energia que dariam origem aos 2 milhões de milhões de galáxias do Cosmos. em um ponto infinitamente pequeno.

Como você pode imaginar, isso implica que a energia embalada nos primeiros momentos da expansão foi incrivelmente imensa. Tanto que, no trilionésimo de um trilionésimo de um trilionésimo de segundo após o Big Bang (o mais próximo do nascimento do Universo em que funcionam os modelos matemáticos), a temperatura do Universo era de 141 milhões de trilhões de trilhões ° C. Essa temperatura, conhecida como temperatura de Planck, é literalmente a temperatura mais alta que pode existir.

Essa temperatura inimaginável deixou o Universo muito quente durante seus primeiros anos de vida. E isso fez com que, entre outras coisas, o assunto não pudesse ser organizado como está agora. Não existiam átomos como tais. Devido à enorme energia nele contida, o Cosmos era uma "sopa" de partículas subatômicas que, entre outras coisas, impedia os fótons de viajarem pelo espaço como agora.

O Universo era tão denso e quente que os átomos não podiam existir. E os prótons e elétrons, apesar de já existirem, simplesmente "dançavam" por esse plasma que era o Universo original. E o problema com isso é que a luz, que não pode evitar a interação com partículas eletricamente carregadas (como prótons e elétrons), não podia viajar livremente.

Cada vez que um fóton tentava se mover, era imediatamente absorvido por um próton, que o enviava de volta. Os fótons, que são as partículas que permitem a existência da luz, eram prisioneiros do plasma original. Os raios de luz não podiam avançar sem serem instantaneamente caçados por uma partícula.

Felizmente, o Universo começou a esfriar e perder densidade graças à expansão, que possibilitou a formação de átomos 380.000 anos após seu nascimento. Os prótons e elétrons perderam energia suficiente não apenas para se reunir na estrutura atômica, mas para permitir que os fótons viajassem. E é que, como o átomo é, como um todo, neutro (pela soma das cargas positivas e negativas), a luz não interage com ele. E os raios de luz já podem viajar.

Em outras palavras, após o seu nascimento, o Universo era uma "sopa opaca" de partículas subatômicas onde não havia luz porque os fótons estavam aprisionados entre essas partículas. Somente 380.000 anos após o Big Bang, graças ao resfriamento e à perda de energia, a existência de luz foi possível. Em outras palavras, Não foi até 380.000 anos após o nascimento do Universo que, literalmente, houve luz.

E é aqui que entra a radiação cósmica de fundo. E é que É o registro fóssil daquele instante em que a luz foi feita. Ou seja, com a radiação cósmica de fundo, estamos viajando até 380.000 anos após o Big Bang. Com esta imagem, estamos viajando o mais longe (e antigo) que podemos. Especificamente, a radiação cósmica de fundo nos permite "ver" 13.799.620.000 anos no passado. Mas por que dizemos "ver"? Agora vamos responder a esta pergunta.

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Microondas e o nascimento do Universo

Já compreendemos mais ou menos o que é a radiação cósmica de fundo e qual é a sua relação com o Big Bang. Vamos recapitular: a radiação cósmica de fundo é o eco que resta do momento em que o Universo ficou frio o suficiente para permitir, pela primeira vez, a existência de luz visível. É, portanto, o eco mais distante do nascimento do Universo que podemos "ver".

Dizemos "fundo" porque atrás, embora haja algo (380.000 anos invisíveis), é tudo escuridão. "Cósmico" porque vem do espaço. E “microondas” porque a radiação eletromagnética não pertence ao espectro visível, mas sim às microondas. E é por isso que sempre falamos em “ver”.

Essa radiação cósmica de fundo inunda todo o Universo porque é o eco de seu nascimento. E, como vimos, vem de uma época em que a luz era feita. Portanto, este fundo cósmico foi, em algum ponto, luz. Exatamente. Algum dia.

Então, por que não podemos ver com telescópios? Porque a luz viajou por tanto tempo que perdeu grande parte de sua energia. E é que suas ondas, embora pertencessem à luz visível, que fica em uma franja do espectro eletromagnético com comprimento de onda entre 700 nm e 400 nm, vêm perdendo energia.

O espectro eletromagnético de radiação.

E ao perder energia, essas ondas perdem frequência. Seus comprimentos de onda estão ficando mais longos. Ou seja, estamos "vendo" algo que está tão distante (e tão distante no passado), que a luz, durante a viagem, diminuiu tanto em energia que deixou de ter comprimento de onda pertencente ao espectro visível.

Ao perder o comprimento de onda do espectro visível (primeiro ficou no vermelho, que é a cor do espectro ligada à energia mais baixa), mas finalmente saiu e foi para o infravermelho. Naquela época, não podemos mais ver isso. A energia é tão baixa que a radiação é literalmente a mesma que emitimos. O infravermelho.

Mas, por conta da viagem, ele continuou perdendo energia e parou de ficar no infravermelho para finalmente ir ao microondas. Essas microondas são uma forma de radiação de comprimento de onda muito longo. (cerca de 1 mm) que não pode ser visto, mas requer instrumentos de detecção de microondas.

Em 1964, radiação de microondas que parecia interferência foi descoberta por acidente nas antenas de uma instalação científica. Eles descobriram que tinham acabado de detectar os ecos do Big Bang. Estávamos recebendo uma "imagem" (não é exatamente uma imagem, pois não é luz, mas as microondas recebidas nos permitem processar uma imagem) que era na verdade o fóssil mais antigo do Universo.

Em suma, a radiação cósmica de fundo É um tipo de radiação ancestral que vem de uma mudança na luz que inundou o Universo pela primeira vez 380.000 anos após o Big Bang. em direção a uma área do espectro eletromagnético com ondas de baixa frequência associadas a microondas.

É, por enquanto, a imagem mais antiga que temos do Cosmos. E dizemos "por agora" porque se pudéssemos detectar neutrinos, um tipo de partículas subatômicas incrivelmente pequenas que escaparam apenas 1 segundo após o Grande, então poderíamos obter uma "imagem" de apenas 1 segundo após o nascimento do Universo . Agora, o mais antigo que temos é 380.000 anos depois. Mas detectar neutrinos é incrivelmente complicado, pois eles passam pela matéria sem interagir.

Seja como for, a radiação cósmica de fundo é uma forma de ver o mais distante e antigo possível. É uma olhada nas cinzas do Big Bang. Uma forma não apenas de responder a perguntas como qual é a forma do Universo, mas de entender de onde viemos e para onde vamos.

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