A explosão primordial
A teoria do Big Bang,a mais aceita atualmente para explicar o início do universo,sustenta que ele teria surgido a partir de um ovo cósmico,cuja energia concentrada gerou uma explosão primordial.
De onde viemos?A pergunta sempre intrigou os cientistas a até hoje não tem resposta definitiva.Existe,inclusive,um ramo específico da astronomia,a cosmologia,que se dedica ao estudo da origem e evolução do universo.A cosmologia ganhou impulso principalmente a partir da década de 1920,quando novas descobertas mostraram indícios de que a chave para o mistério do universo poderia ser uma explosão primordial,há cerca de 15 bilhões de anos,conhecida como Big Bang.
A primeira pista foi desvendada pelo cientista norte-americano Edwin Powell Hubble (1889-1953).Nos anos de 1920,o astrônomo percebeu que o universo estava em expansão -ou seja,as galáxias estão se afastando uma das outras.
Como ele chegou a essa conclusão?Hubble observou as galáxias com um potente telescópio e notou que o espectro de luz emitido por elas tendia ao vermelho -um sinal que todas estavam se distanciando.A medição usada por Hubble foi baseada no chamado,efeito Doppler,pelo qual os componentes de luz enviados por objetos luminosos se deslocam para o vermelho quando se afastam e tendem ao azul quando se aproximam.
Dessa forma,Hubble não somente constatou que as galáxias não se moviam aleatoriamente,mas descobriu que seguiam uma tendência de afastamento.Com isso,percebeu que o universo provavelmente seria bem maior do que supunha até então e que o seu movimento de expansão é constante.Hoje sabemos que isso ocorre a uma velocidade de aproximadamente 50 Km/s.
Ovo cósmico
A descoberta de Hubble foi fundamental para que o belga George Edward LemaÎtre (1894-1966) fosse diante da explicação da origem do universo.Lemaître concluiu que no tempo zero havia uma massa minúscula,chamada por ele de ovo cósmico -ou super átomo -,que se contraía e se expandia devido ao efeito gravitacional,como já havia comprovado Hubble.Esse movimento fez com que a sua temperatura interna aumentasse muito.Quando atingiu uma temperatura elevadíssima,o ovo explodiu,criando tudo que hoje existe,como as estrelas,planetas,e dando origem ao espaço e ao tempo.
Para explicar o acúmulo de energia que explodiu repentinamente,o russo George Gamow cunhou o fenômeno com a expressão Big Bang -criada em 1915 pelo cosmólogo inglês Fred Hoyle.
Assim,a teoria sustenta a ideia de que o universo surgiu de algo infinitamente pequeno,denso e quente,comprimido em um tamanho menor do que o núcleo de um átomo.Em um lapso de tempo (menos de um milésimo de segundo),o universo cresceu exponencialmente.
Em 1964,mais uma descoberta foi acrescentada às provas da teoria do Big Bang,Arno Penzias e Robert Wilson constataram que no espaço há uma radiação cósmica originária do tempo em que houve a explosão primordial -é a maior evidência para a comprovação da teoria,também chamada de ''Modelo Padrão'',por ser aceita pela comunidade científica internacional.
Um pouco mais sobre o BIG BANG
Há mais ou menos 15 bilhões de anos,o Universo era muito pequeno e muito quente.Uma explosão o Big Bang,iniciou o processo de expansão e mudança que continua até hoje.Poucos minutos após a explosão,partículas atômicas se juntaram formando os gases hélio e hidrogênio que,ao longo de bilhões de anos criaram as galáxias,estrelas e o Universo como conhecemos hoje.
Veja os acontecimentos:
*Ocorre a explosão do Big Bang.
1-Nos primeiros minutos o Universo era formado de 75% de hidrogênio e 25% de hélio.A temperatura era em torno de trilhões de graus.
2-1 bilhão de anos depois do Big Bang a matéria começou a se juntar.
3- 3 bilhões de anos depois do Big Bang as galáxias começaram a se formar.
4-De 2 a 3 bilhões de anos depois do Big Bang os percursores de galáxias começaram a se desenvolver.
5-O tempo presente tem 15 bilhões de anos depois do Big Bang.
6-Nossa galáxia,a Via Láctea formou-se com o formato de disco.
7-O Sol nasceu depois de 10 bilhões de anos.A partir dos restos de materiais originados da explosão do Sol,surgiram os planetas.
8-A primeira forma de vida aparece depois de 12 bilhões de anos.
9-Os dinossauros viveram a mais de 190 milhões de anos na Terra.
10-Os seres humanos surgiram 2 milhões de anos depois.
A idade do Universo
E como podemos mensurar a idade do universo?
Se as galáxias estão se afastando é porque,em algum momento no passado,todos os elementos estavam juntos.Hubble calculou a velocidade e a distância entre várias galáxias e chegou à conclusão de que o universo teria aproximadamente 2 bilhões de anos.Era uma estimativa insustentável,afinal,já sabia que a Terra tinha mais do que o dobro dessa idade e,portanto,o universo não poderia ser mais novo do que ela.
Atualmente,vários métodos são usados para estimar a idade do universo.Um deles é calcular a idade das estrelas mais velhas de aglomerados estelares,que são formados por milhares de estrelas atraídas entre si pela ação da gravidade.Uma estrela evolui com a queima de hidrogênio e,analisando os estágios dessa evolução,pode-se calcular a sua idade aproximada.Se conferirmos ao universo a mesma idade dessas estrelas anciãs,é possível chegar a números que variam entre a 10 e 20 bilhões de anos.O número mais aceito entre os cientista é 15 bilhões de anos.De qualquer modo,independentemente da determinação do instante da explosão inicial e da idade exata do universo,a teoria do Big Bang é,até agora,a mais viável para explicar seu nascimento.
Um fim distante
Para onde vamos?Essa,é talvez a segunda pergunta que mais intriga os astrônomos.A ciência tem especulado se o universo pode chegar ao fim.A resposta é sim.Se não continuar a se expandir suficientemente rápido,como acontece desde o Big Bang,o material que forma o cosmo acabará por estacionar-se.Isso poderá provocar uma contração,decorrente da ação da força gravitacional,e o universo voltará a um ponto central,ocasionado um colapso chamado pelos cientistas de Big Crunch -ou grande esmagamento.
Foi em 1992 que estudiosos da universidade da Califórnia,em Berkeley,nos Estados Unidos,descobriram que 90% da matéria concentrada do universo é formada por vastos tufos de gás.Esses elementos,mais os restos de estrelas extintas,podem criar um campo gravitacional bastante forte para que o material do universo,desprendido no Big Bang,volte a se juntar.Para que isso ocorra,no entanto,as galáxias devem parar de se fastarem e começar a se aproximarem.Como os cosmos continua sua expansão,o fim,seja qual for ele,ainda parece estar muito distante.
Imensidão Galáctica
Os cientistas estimam que existam pelo menos 125 bilhões de galáxias no universo.Diante disso,a Via Láctea -a galáxia onde se localiza a Terra -seria apenas como uma gota d'água em um vasto universo.
Um ano-luz é uma distância e tanto.Equivale a cerca de 9,5 trilhões de quilômetros -algo inimaginável para a nossa escala cotidiana,no entanto ínfimo para a astronomia,que está acostumada a trabalhar com números e escalas bem maiores.
Para sermos mais precisos,ano-luz é a distância que a luz percorre no vácuo durante o período de um ano à velocidade de 300 mil Km/s.A Via-Láctea,a galáxia onde se localiza o sistema solar,tem diâmetro de 100 mil anos-luz.Ou seja,para ir de um extremo ao outro seriam necessários 100 mil anos viajando na velocidade da luz!Pode parecer bastante,mas para as dimensões do universo ainda é bem pouco.
Primeiras Observações
A galáxia é um conjunto massivo de centenas de milhões de estrelas que sofrem os efeitos de uma mesma gravitação e orbitam em torno de um centro comum.Em uma noite límpida,todas as estrelas que podemos ver a olho nu,por exemplo,pertencem à mesma galáxia onde se situa a Terra,a Via Láctea.Além das estrelas,uma galáxia tem planetas e outros corpos rochosos,raios cósmicos,nuvens de gás e poeira.
O astrônomo persa Al-Sufi (903-986) teria sido o primeiro a identificar uma galáxia além da Via Láctea:a de Andrômeda.Ainda assim,até a metade do século XVIII,apenas três galáxias haviam sido observadas e descritas.
Com o desenvolvimento e a sofisticação dos telescópios os astrônomos puderam encontrar outras.Com o uso de lentes potentes,o francês Charles Messier (1730-1817) foi capaz de catalogar,até 1780,32 galáxias.Cada uma delas ganhou um número,antecedido pela letra M,em homenagem ao seu descobridor.Por isso,Andrômeda é catalogada entre os estudiosos como M31.
Visão do passado
A fotografia espacial é uma ferramenta muito importante no estudo das galáxias.Com o auxílio dela,os cientistas já detectaram galáxias localizadas a mais de 10 bilhões de anos-luz da Terra.
Isso quer dizer que a luz captada atualmente pelos telescópios foi emitida por algumas estrelas há 10 bilhões de anos.Vários desses corpos celestes estão tão distantes que podem ajudar a contar o passado do universo.
Até o início do século XX,muitos conjuntos de estrelas eram tidos como nebulosas -uma formação de moléculas gasosas que compõe uma espécie de nuvem.
Em 1755,o filósofo Immanuel Kant (1725-1804) levantou a hipótese de que algumas poderiam ser sistemas estelares semelhantes ao nosso.Na época,sua tese não foi levada a sério,mas,passados mais de 150 anos,os astrônomos perceberam que Kant tinha razão,pois constatou-se que várias nebulosas catalogadas pelos cientistas eram,na verdade,galáxias.
O astrônomo norte-americano Edwin Hubble foi o primeiro a classificar as galáxias.Em sua maioria,elas têm aspectos regulares que permitem enquadrá-las em duas classes (espirais e elípticas),de acordo com seu formato.Galáxias sem forma definida são chamadas de irregulares.
Galáxia Espiral Galáxia elíptica Galáxia Irregular
Grupos galácticos
Os cientistas constataram que as galáxias quase sempre são encontradas em grupos -chamados também de aglomerados ou acúmulos.A Via Láctea,por exemplo,pertence a um aglomerado denominado Grupo Local.Considerado pequeno,ele é composto de 40 membros que ocupam uma extensão de 3 milhões de anos luz em sua maior dimensão.As duas galáxias mais luminosas desse grupo são a Via Láctea e Andrômeda,ambas de formato espiral.
Os aglomerados,contudo,não são as maiores estruturas do universo.Há ainda os superaglomerados ou supercúmulos,conjuntos separados por grandes distância.O mais conhecido entre todos é o Supercúmulo Local,do qual a Via-Láctea faz parte.Ele tem cerca de 100 milhões de anos-luz de extensão e,além de ser composto pelo Grupo Local de galáxias,inclui o aglomerado de Virgem.
Aglomerado de Virgem Grupo Local
Colisão Sideral
Galáxias podem colidir umas contra as outras.Havendo uma interação de galáxias de tamanhos semelhantes,pode ocorrer uma fusão entre elas.
Quando uma galáxia muito grande interage com outra muito menor,as forças da maré gravitacional da maior podem ser tão fortes a ponto de destruir a estrutura da galáxia menor.Dessa forma,a primeira incorpora os fragmentos da segunda.Esse fenômeno é conhecido como canibalismo galáctico.
O encontro entre duas galáxias,no entanto,nem sempre resulta em uma fusão.Se a interação entre elas é fraca,ambas podem sobreviver,mas o efeito da maré gravitacional provoca o surgimento de pontes ou caudas em um ou nos dois lados da galáxia.
Nas imagens acima você pode observar diversos eventos de canibalismo galáctico.
Mar de estrelas
A Via Láctea possui cerca de 200 bilhões de estrelas,sendo o Sol apenas uma entre elas.No céu noturno, Sirius é a mais brilhante.
O céu noturno sempre encantou o homem,que,mesmo sem instrumentos de observação,é capaz de ver em uma noite clara mais de 5 mil estrelas pertencentes a Via Láctea.Com um telescópio simples,elas podem se multiplicar centenas de vezes,enquanto com um aparelho mais potente transforma-se em centenas de milhões de pontinhos brilhantes no céu.Apenas na Via Láctea estima-se que existam cerca de 200 bilhões de estrelas.
Durante muito tempo,as estrelas foram um mistério para o ser humano.Acreditava-se,por exemplo,que elas ocupavam uma posição fixa na abóbada celeste.Apenas no século XIX os astrônomos passaram a compreender sua natureza.
Descobriu-se que são gigantescas esferas de gás incandescente.Conforme a luz emitida,os cientistas são capazes de calcular seu brilho,sua cor e sua temperatura.
Todas elas,são esferas formadas por gás quente,basicamente hidrogênio e hélio.O hidrogênio é convertido em hélio em um processo de fusão termonuclear,e a energia resultante transforma-se em luz e calor.Calcula-se que,a cada segundo,podem ser convertidos em hélio 400 milhões de toneladas de hidrogênio.
Em consequência desse processo,a estrela emite radiação eletromagnética,o que inclui luzes visíveis,raios ultravioleta,infravermelhos e ondas de rádio.A intensidade da luz também pode variar de estrela para estrela.Alguma têm apenas 5% de brilho do Sol,outras podem ser 500 mil vezes mais brilhantes do que ele.
Na década de 1990,os cientistas fizeram uma descoberta há tempos guardada:muitas estrelas também possuem sistemas planetários,como ocorre no sistema solar.Porém,ainda pouco se sabe sobre os chamados planetas extra-solares,devido a sua difícil detecção.
Dados estelares
- As maiores estrelas já identificadas têm diâmetro centenas de vezes maior do que o Sol,enquanto as menores não chegam a possuir 10% de sua massa.
- Nem todas as estrelas têm mesma cor,que pode variar entre os tons de vermelho,laranja e até azul-claro,dependendo de sua temperatura interna.As mais quentes tem coloração azul e as mais frias tendem ao vermelho.
- A temperatura média de cada estrela também varia,assim como a sua temperatura interna e externa.O núcleo do Sol,por exemplo,chega a ter 15 milhões de graus Celsius,enquanto a camada externa gira em torno dos 5.700 ºC.
- De modo geral,quanto mais massa a estrela tiver,maior será a sua luminosidade e temperatura.é o caso das supergigantes,que são mais brilhantes por terem mais massa do que as outras.
- 95%das estrelas terminam ou vão terminar sua existência como anãs brancas.Outras maiores explodem como supernovas,emitindo um brilho que pode chegar a ser 1 bilhão de vezes mais intenso do que a do Sol.
A mais brilhante
Sirius é a mais brilhante do céu noturno.Localizada na constelação de Cão Maior,está a ''apenas'' 8,6 anos luz da Terra.Ou seja,a luz de Sirius observada hoje partiu da estrela a cerca de 8 anos.
Durante séculos,Sirius foi venerada pelos antigos egípcios,que a identificavam com a deusa Sotis.A celebração tinha um motivo específico:quando a estrela surgia no céu,no início do verão no Hemisfério Norte,principiavam-se as cheias que alagavam as margens do Rio Nilo,responsáveis pela fertilidade das terras egípcias.Portanto,o aparecimento da estrela era interpretado como anúncio de um período anual de abundância e de prosperidade.
Há também outras estrelas que chamam a atenção por seu brilho intenso.Entre elas,destacam-se Canopus,Arcturus,Alfa Centauro e Vega.Já a estrela mais próxima depois do Sol,Próxima Centauro,situada a 4,3 anos luz da Terra,tem brilho fraco.Ela é chamada de anã vermelha e sua massa corresponde a aproximadamente 10% da solar.
Nebulosa localizada na Constelação de Aquário:brilho intenso gerado por explosões estelares.
Um brilho no céu
As estrelas nascem,brilham e morrem em um processo contínuo que ocorre desde o nascimento do universo.
O telescópio espacial Hubble capturou a cerca de 1.500 anos-luz da Terra uma das imagens mais fascinantes já observadas:um berçário de estrelas.As lentes do Hubble foram direcionadas para a Constelação de Órion e localizaram a Nebulosa Cabeça de Cavalo uma nuvem fria de gás e poeira interestelar,da qual se originam novas estrelas.
O berçário em questão não é o único no universo.A todo momento,estrelas nascem e começam a emitir brilho e energia.Milhões delas sequer foram detectadas porque sua luz vai viajar durante muito tempo até que se torne visível na Terra - o brilho das estrelas recém-nascidas de Cabeça de Cavalo levam 1.500 anos para chegar até aqui.
As estrelas formam-se de nuvens frias de poeira e gases.Devido a um processo ainda não totalmente compreendido,essa concentração de materiais começa a se contrair em decorrência da ação de sua própria gravidade.A energia gravitacional,então,transforma-se em energia térmica.Em cerca de 1 milhão de anos,forma-se o que será o futuro núcleo da estrela,que se torna gradativamente mais concentrado e quente.
Esse corpo celeste atrai matéria por milhões de anos.Ao concentrar massa e calor suficientes para tornar duradoura a fusão nuclear,transforma-se em estrela.Uma vez constituída,a estrela pode brilhar por vários bilhões de anos enquanto houver conversão de hidrogênio em hélio,que resulta em liberação de energia.Quanto maior a estrela,mais acelerado é o processo de geração de energia e menor o tempo de vida.
O Sol tem 4,6 bilhões de anos e estima-se que ele deva durar mais 6 bilhões de anos antes de se apagar.Sua luz possui tom amarelado,o que tem relação com a temperatura de sua superfície.Vega,a estrela mais visível a partir do hemisfério norte da Terra,tem luz branca e é mais quente do que o Sol.
Antares parece ser laranja-avermelhado e teria,portanto,temperatura menor do que do Sol.
O brilho da supernova
Na noite de 4 de julho de 1054,como de costume,astrônomos chineses observaram o céu e notaram algo estranho:um brilho intenso próximo a estrela de Zeta,na constelação de Touro.Era um fenômeno nunca visto até então e que,durante as semanas seguintes,chamou a atenção de todos.Já no século XX,depois de estudar a Nebulosa de Caranguejo,os astrônomos concluíram que ela era resultado da explosão de uma estrela ocorrida há cerca de 900 anos.A constatação foi a chave para relacionar o registro dos chineses à explosão de uma supernova.O que os chineses viram,na verdade,teria sido o espetacular fim de uma estrela.
A Nebulosa de Caranguejo encontra-se a cerca de 6,5 anos-luz da Terra e tem diâmetro de 6 anos-luz.É provável que a estrela que deu origem à nebulosa tivesse massa inicial próxima de dez massas solares.Em 1969,foi descoberto em seu centro um pulsar que gira 33 vezes por segundo,emitindo raios X,o que transforma a nebulosa em uma poderosa fonte de radiação.
A supernova é fruto de uma estrela de grandes proporções que chegou ao fim.Após queimar seu combustível,esgotando assim suas reservas de hidrogênio e hélio,a estrela entra em um colapso.Num primeiro momento escolhe-se dramaticamente -em menos de um segundo,um núcleo maior do que a da Terra comprime-se ao ponto de ficar com diâmetro de 20 Km.Em seguida,explode violentamente-é o fenômeno da supernova.
A extraordinária explosão marca o fim da estrela gigante.Sucedem-se um repentino aumento de luminosidade e uma enorme liberação de energia.Uma supernova desprende,em dez segundos,cem vezes mais energia do que o Sol em sua vida.Depois da explosão da estrela que dá origem à supernova sobra um remanescente gasoso que se expande e brilha durante milhões de anos.
Estima-se que em nossa galáxia ocorram duas supernovas por século.
A explosão que põe fim à vida de uma estrela supergigante ocorre porque seu pesadíssimo núcleo de ferro não é capaz de suportar a própria gravidade.Sem fusão nuclear em seu interior,a estrela colapsa,expulsando para o exterior resíduos de gases que se expandem e brilham por centenas ou milhares de anos.Os elementos expulsos durante a explosão da estrela fornecem materiais ao meio interestelar.A partir dele,formam-se novas gerações de estrelas.
Acima alguns exemplos do evento das supernovas.
O apagar das luzes
A maioria das estrelas,inclusive o Sol,não possui características para explodir em forma de supernova.Nesse caso,o fim delas é menos vistoso,mas não menos espetacular.O processo desenvolve-se do seguinte modo:quando a estrela consome todo o hidrogênio,seu núcleo passa a encolher,''empurrado'' pela pressão gravitacional.
Ao mesmo tempo que isso acontece,as camadas exteriores são aquecidas e expandem-se.A estrela aumenta seu brilho e transforma-se em uma gigante vermelha.Inicia-se,então,um novo tipo de reação:em temperaturas ainda mais altas,o hélio converte-se em carbono.Entre as estrelas menores o processo termina aí,com o hélio sendo totalmente consumido -trata-se da chamada anã branca.As estrelas de maior massa,por sua vez,avançam para outro estágio:ainda há energia suficiente para transformar o carbono em substâncias ainda mais pesadas,como o ferro.
No caso do Sol,prevê-se que daqui 6 bilhões de anos,após queimar todo o hidrogênio,ele se transforme em gigante vermelha.Seu brilho deve ser 2 mil vezes superior ao atual e a energia emitida será tão intensa que,caso ainda exista,a vida na Terra será devastada.Os oceanos vão evaporar e a atmosfera será destruída.Por fim,o Sol ficará tão grande que invadirá as órbitas de Mercúrio,Vênus e talvez,da Terra.Depois disso,passados 1,5 bilhão de anos,o Sol deve virar uma anã branca.
As imagens acima,mostram uma anã branca e uma gigante vermelha.
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