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Você sabe por que a luz mais antiga do universo é tão uniforme?
No vasto universo, existe um tipo de radiação de micro-ondas chamada radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB). Essa radiação está em toda parte, permeando cada canto do universo observável. Embora o fundo muitas vezes pareça escuro quando observamos o espaço entre estrelas e galáxias com um telescópio óptico comum, uma luz de fundo tênue e quase uniforme pode ser detectada usando um radiotelescópio sensível. A existência dessa luz é crucial para nossa compreensão da origem do universo porque prova que a teoria do Big Bang está correta.
A radiação cósmica de fundo em micro-ondas nos fornece uma riqueza de informações sobre o estado inicial do universo.
No modelo do Big Bang, o universo em seus primeiros dias era preenchido com um plasma denso e quente. À medida que o universo se expandia, esses plasmas esfriavam até o ponto em que o hidrogênio neutro podia ser formado. Nesse ponto, o universo não era mais opaco, mas se tornou transparente, permitindo que os fótons viajassem livremente pelo vasto espaço. Esse processo é chamado de época de recombinação, e é a liberação maciça de fótons que nos permite detectar essa luz antiga hoje.
Embora a radiação cósmica de fundo em micro-ondas pareça uniforme, ela não é completamente suave. Detectores altamente sensíveis podem detectar anisotropias fracas causadas pela interação entre matéria e fótons. A distribuição dessas estruturas anisotrópicas pelo céu também pode ser representada por um espectro de potência, mostrando uma série de picos e vales que capturam a física do Universo primitivo.
O primeiro pico revela a curvatura geral do Universo, enquanto o segundo e o terceiro picos detalham as densidades da matéria normal e escura.
Quando os astrônomos examinam essas não homogeneidades de temperatura usando experimentos terrestres e espaciais como COBE, WMAP e Planck, eles descobrem que a estrutura e a história evolutiva do universo não são aleatórias, mas são profundamente influenciadas pelas condições iniciais do universo. De fato, os dados obtidos nesses experimentos nos permitem entender melhor como o universo se parece hoje.
Desde a década de 1920, muitos cientistas começaram a especular e estudar essa radiação cósmica de fundo. Em 1964, a tecnologia de rádio cada vez mais avançada permitiu que dois astrônomos americanos, Arno Penzias e Robert Wilson, descobrissem acidentalmente o CMB. Essa descoberta não apenas confirmou com sucesso as previsões do modelo do Big Bang, mas também lhes rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1978.
A temperatura de cor dessa radiação é de cerca de 2,725 K, o que é consistente com as características da radiação de corpo negro ideal.
A descoberta do CMB foi um marco na física. Não apenas por causa de sua alta precisão de medição, mas também porque esses dados podem ser verificados por vários modelos teóricos, fornecendo assim fortes evidências para nossa compreensão da evolução do universo. Nas décadas seguintes, os resultados de detecção de múltiplos detectores continuaram a corrigir nossa compreensão da radiação cósmica de fundo em micro-ondas. Esses experimentos, tanto no solo quanto no espaço, demonstram métodos e abordagens de teste cada vez mais rigorosos.
Na evolução do universo, a existência desses primeiros fótons nos traz muitas perguntas e reflexões. Sua uniformidade reflete as características especiais do estado inicial do universo. Como esse estado se reflete no layout atual das galáxias e na distribuição de matéria? Isso significa que pesquisas futuras inaugurarão uma nova era de compreensão do universo?
