O mínimo necessário para entender o universo

Estrelas e grandes luzes no céu: a porta de entrada para o desenvolvimento humano. Desde que começam a andar, ou mesmo antes, as crianças se deparam, em algum momento, com o céu noturno. Naquela imensidão negra quase não se enxerga algo, mas ainda existem alguns pontos brilhantes espalhados por todos os lados. Os olhos dos pequenos espectadores brilham ao deslumbrar seu primeiro contato com as estrelas, a lua e alguns outros objetos celestes que conseguem ver. Antes de certa idade, não conseguem distinguir um objeto de outro a partir de seu ponto de vista. Um pouco mais crescidas, iniciam um diálogo interno inerente à condição humana: onde estou; de onde vim; para onde vou; e quem sou eu? 

Desde a infância questões existenciais batem à porta, guiadas pela mais pura curiosidade, da vontade de saber, de sentir, de ver. Tal curiosidade, se bem alimentada, cresce em conjunto ao indivíduo e se torna uma aventura filosófica pessoal. Vinte e um anos desde o início do século XXI: ainda não há uma resposta científica ou filosófica unificada que responda de maneira direta o questionamento anterior. No entanto, as ciências físicas, astrofísicas, astronômicas e matemáticas (as ciências se auxiliam mutualmente, mas seria impróprio classificá-las todas neste texto), nos dão alguns vislumbres do que poderia ser, então, o Universo como um todo. 

Atualmente, o modelo mais simples de cosmologia aceito se chama ΛCDM, Lambda-CDM, ou Lambda-Cold Dark Matter (em português: Lambda-Matéria Escura Fria). Esse modelo apresenta as inúmeras observações feitas por pesquisadores, estudiosos e profissionais que realizam a captura e manipulação de dados conhecidos até os dias de hoje. Para melhor compreensão, é necessário identificar sobre o que se trata o modelo. Primeiro, determina-se sua composição em três partes principais: 

1. Λ – Lambda, a constante cosmológica utilizada para medir a densidade de energia do espaço, ou energia do vácuo, e está intimamente relacionada com a energia escura espalhada no cosmos (compõe cerca de ~74% do universo). Essa constante surge nas equações da relatividade geral de Einstein (1915).  
2. Matéria escura fria, um tipo hipotético de matéria escura que corresponde a cerca de ~85% da matéria total e ~24% de todo o universo. Considerada fria por se mover lentamente em relação à velocidade da luz. Enquanto escura por pouca ou nenhuma interação com a matéria bariônica.
3. Matéria bariônica, que corresponde aos átomos, estrelas, planetas etc. Toda a matéria (ou objeto) observável que compõe a estrutura de qualquer molécula conhecida ou desconhecida é considerada bariônica, ou comum. Compõe cerca de ~25% da matéria total e ~4% de todo o universo. 

Explicado o termo do modelo, se faz necessário descrever os parâmetros mais básicos que de fato compõem a forma mais simples do ΛCDM. O mínimo necessário para entender o Universo é baseado em seis parâmetros: densidade física dos bárions; densidade física da matéria escura; idade do universo; índice espectral escalar; amplitude da flutuação de curvatura; e profundidade óptica da reionização. O objeto-referência de pesquisa que oferece as medições mais precisas atualmente é radiação eletromagnética mais antiga já encontrada: a Cosmic Microwave Background Radiation, ou CMBR (em português: Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas, ou RCFM). 

Em seguida, será feita uma breve explicação do que está por trás da CMB e como os seis parâmetros poderiam estar ligados a este Fundo Cósmico em Micro-ondas. Descoberta acidentalmente em 1965 pelos astrônomos Arno Penzias e Robert Wilson, a CMB é a evidência que marca a Teoria do Big Bang e a origem do universo. Utilizando-se de radiotelescópios, é possível detectar os traços remanescentes da Radiação CFM espalhada pelo espaço e, com isso, “viajar pelo tempo”.  

Imediatamente após o Big Bang, o universo era um “mar” quente, preenchido pelo denso plasma de fótons, léptons e quarks – a era quark. Nesse período, apesar de haver abundância de partículas e da presença das forças fundamentais, a temperatura do universo estava tão alta que os quarks não conseguiam se unir para formar hádrons. Ou seja, sem prótons ainda. Aproximadamente 10^-6 , ou 0,000001, segundos após o Big Bang, o universo esfriou e expandiu o suficiente para que os primeiros hádrons surgissem, ou prótons – a era hádron.  

Neste período, o espalhamento de Thomson (que é basicamente a descrição do comportamento de uma partícula livre carregada) deu ao universo uma característica opaca, como uma densa névoa de plasma causada pela curta distância em que um próton poderia navegar livremente antes de se chocar com um elétron (e vice-versa). Tal cenário é o mesmo que ainda ocorre no interior do Sol. Posteriormente o universo continuou a esfriar conforme se expandia, até eventualmente proporcionar um ambiente energeticamente favorável à formação de átomos neutros de hidrogênio. O momento em que os hádrons e os léptons se juntaram para formar os primeiros átomos ficou conhecido como Recombinação. 

Ao mesmo tempo em que ocorria a Recombinação, temos a origem da CMB. Já que a recombinação direta ao estado fundamental (baixa energia) do átomo de hidrogênio é muito ineficiente, esses átomos se juntavam a elétrons em um estado de alta carga. Os elétrons, por sua vez, transitavam rapidamente para um estado de baixa carga ao emitir uma partícula fóton. O universo ficou repleto de átomos neutros de hidrogênio, transparentes à radiação eletromagnética das partículas de luz. Naquele momento, foi a primeira vez na história do universo em que a luz conseguiu viajar livremente e para tão longe. São essas mesmas partículas que utilizamos para “viajar pelo tempo”. Agora em forma de ondas radio, elas formam a conhecida Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas. 

Com tantas informações, se faz necessário verificar os dados através de fontes científicas. No momento, o modelo padrão cosmológico não é concreto, e constantemente sofre sugestões de alterações e/ou atualizações. Para ficar por dentro do assunto, é imprescindível acompanhar os artigos científicos mais recentes, assim como as páginas da internet das agências espaciais.