For thousands of years, humans have watched the stars and wondered how the universe came to be. Mas não foi até os anos da Primeira Guerra Mundial que os pesquisadores desenvolveram os primeiros instrumentos de observação e ferramentas teóricas para transformar essas grandes questões em um campo preciso de estudo: cosmologia.,
“eu acho que de cosmologia como um dos mais antigos assuntos de interesse humano, mas como uma das mais novas ciências”, disse Paul Steinhardt, um cosmólogo da Universidade de Princeton que estuda se o tempo tem um começo.
cosmologia, em poucas palavras, estuda o cosmos como uma entidade, ao invés de analisar separadamente as estrelas, buracos negros e galáxias que o enchem. Este campo faz grandes perguntas: de onde veio o universo? Porque é que tem estrelas, galáxias e aglomerados de galáxias? O que vai acontecer a seguir?, “A cosmologia está tentando fazer uma imagem em larga escala da natureza do universo”, disse Glennys Farrar, um físico de partículas da Universidade de Nova Iorque.
porque esta disciplina Grappa com muitos fenômenos, desde partículas no vácuo até o tecido do espaço e do tempo, a cosmologia se baseia fortemente em muitos campos, incluindo astronomia, astrofísica e, cada vez mais, física de partículas.
“a cosmologia tem partes dela que estão totalmente na física, partes que estão totalmente na astrofísica, e partes que vão e vêm”, disse Steinhardt. “Isso faz parte da excitação.,”
a history of the history of the universe
The interdisciplinary nature of the field helps explain its comparatively late start. A nossa imagem moderna do universo começou a juntar-se apenas na década de 1920, pouco depois de Albert Einstein ter desenvolvido a teoria da relatividade geral, uma estrutura matemática que descreve a gravidade como uma consequência da flexão do espaço e do tempo.
“Antes de você entender a natureza da gravidade, você realmente não pode fazer uma teoria de porque as coisas são como são”, disse Steinhardt., Outras forças têm maiores efeitos sobre as partículas, mas a gravidade é o maior jogador na arena de planetas, estrelas e galáxias. A descrição de Isaac Newton da gravidade muitas vezes funciona nesse reino também, mas trata o espaço (e o tempo) como um pano de fundo rígido e imutável para medir os eventos. O trabalho de Einstein mostrou que o próprio espaço poderia expandir-se e contrair-se, mudando o universo de palco para actor e trazendo-o para a luta como um objecto dinâmico para estudar.,
In the mid-1920s, astronomer Edwin Hubble made observations from the recently built 100-inch (254 centimeters) Hooker telescope at the Mount Wilson Observatory in California. Ele estava tentando resolver um debate sobre a localização de certas nuvens no espaço que os astrônomos podiam ver. Hubble provou que essas ” nebulosas “não eram pequenas, nuvens locais, mas, em vez disso, eram vastos e distantes aglomerados estelares semelhantes a nossa própria Via Láctea — “universos insulares” na aparência da época. Hoje, chamamos-lhes galáxias e sabemos que elas contam nos trilhões.,as maiores convulsões na perspectiva cósmica ainda estavam para vir. O trabalho de Hubble no final da década de 1920 sugeriu que galáxias em todas as direções estão se afastando de nós, desencadeando décadas de mais debate. Eventuais medições do fundo cósmico de microondas (CMB) — luz deixada dos primeiros anos do universo e desde então estendida em microondas-na década de 1960 provou que a realidade correspondia a uma das possibilidades sugeridas pela relatividade geral: começando pequena e quente, o universo tem vindo a ficar maior e mais frio desde então., O conceito tornou-se conhecido como a teoria do Big Bang, e abalou os cosmólogos porque implicava que até o universo poderia ter um começo e um fim.
mas pelo menos esses astrônomos poderiam ver o movimento das galáxias em seus telescópios., Uma das mudanças mais sísmicas da cosmologia, disse Farrar, é a ideia de que a grande maioria das coisas lá fora é feita de outra coisa, algo completamente invisível. O material que podemos ver equivale a pouco mais do que um erro cósmico de arredondamento — apenas cerca de 5% de tudo no universo.
O primeiro habitante dos outros 95% do universo, o que vem a ser chamado de “dark sector” ergueu sua cabeça, na década de 1970. Naquela época, o astrônomo Vera Rubin percebi que as galáxias estavam solta em torno de tão rápido que deveria spin-se apart., Mais do que a matéria difícil de ver, disse Farrar, o material que mantém as galáxias Unidas deve ser algo totalmente desconhecido para os físicos, algo que-exceto pela sua atração gravitacional-ignora completamente a matéria comum e a luz. O mapeamento posterior revelou que as galáxias que vemos são simplesmente núcleos no centro de esferas colossais de “matéria escura”. Os filamentos de matéria visível que se esticam através do universo pendem numa moldura escura que supera as partículas visíveis de cinco para um.,
O Telescópio Espacial Hubble, em seguida, descobriu sinais de uma variedade inesperada de energia que os cosmólogos agora dizem contas para os restantes 70% do universo, depois de contabilidade para a matéria escura (25%) e visível (5%) — na década de 1990, quando ele assinou a expansão do universo como acelerando como um trem desgovernado. A energia escura, possivelmente um tipo de energia inerente ao próprio espaço, está a afastar o universo mais depressa do que a gravidade pode unir o cosmos., Em um trilião de anos, qualquer astrônomo deixado na Via Láctea se encontrará em um verdadeiro universo insular, envolto pela escuridão.”estamos num ponto de transição na história do universo, de onde é dominado pela matéria até onde é dominado por uma nova forma de energia”, disse Steinhardt. “A matéria negra determinou o nosso passado. A energia das trevas irá determinar o nosso futuro.”
cosmologia moderna e futura
cosmologia atual empacota essas descobertas marcantes em sua realização coroada, o modelo Lambda-CDM., Às vezes chamado de modelo padrão de cosmologia, este feixe de equações descreve o universo a partir de seu primeiro segundo em diante. O modelo pressupõe uma certa quantidade de energia escura (lambda, para a sua representação na relatividade geral) e matéria escura fria (MDL) e torna semelhante estimativas sobre a quantidade de matéria visível, a forma do universo e outras características, todas determinado por experimentos e observações.passa o filme do universo bebé para a frente 13.,8 bilhões de anos, e os cosmólogos obtêm uma foto que “estatisticamente tem tudo o que podemos medir até um certo ponto”, disse Steinhardt. Este modelo representa o alvo a bater à medida que os cosmólogos empurram suas descrições do universo mais fundo no passado e no futuro.
por mais bem sucedido que o Lambda-CDM tenha sido, ele ainda tem muitos defeitos que precisam ser trabalhados. Os cosmólogos obtêm resultados conflitantes quando tentam estudar a expansão atual do universo, dependendo se eles medem diretamente em galáxias próximas ou inferem-na a partir do CMB., Este modelo também não diz nada sobre a composição de matéria escura ou energia.
então há aquele primeiro e problemático segundo de existência, quando o universo presumivelmente passou de uma mancha infinitesimal para uma bolha relativisticamente bem comportada. “Inflação” é uma teoria popular que tenta lidar com este período, explicando como um breve momento de expansão ainda mais rápida explodiu minúsculas variações primordiais na desigualdade em larga escala das Galáxias de hoje, bem como como como as entradas Lambda-CDM obtiveram seus valores.,
ninguém sabe como a inflação funcionou em detalhe, no entanto, ou porque parou onde presumivelmente parou. Steinhardt disse que a inflação deveria ter continuado em muitas regiões do espaço, implicando que o nosso universo é apenas uma fatia de um “multiverso” contendo toda a realidade física possível — uma ideia indescritível que muitos experimentalistas acham inquietante.,
para fazer progressos em questões como estas, cosmólogos olham para medições de precisão de telescópios espaciais como o Telescópio Espacial Hubble e o futuro Telescópio Espacial James Webb, bem como experiências no campo emergente da astronomia de ondas gravitacionais, como o Observatório de ondas gravitacionais interferômetro Laser da Fundação Nacional da ciência. Cosmólogos também se juntam físicos de partículas e astrofísicos em uma raça interdisciplinar para detectar partículas de matéria escura.,assim como a cosmologia não poderia começar até que outros ramos da física tivessem amadurecido, ela não será capaz de terminar revelando a história do universo até que outras áreas estejam mais completas.”Para esclarecer a história, você tem que trabalhar essencialmente todas as leis da física em todas as escalas de energia e em todas as condições”, disse Steinhardt. “E uma mudança em qualquer uma delas poderia mudar radicalmente a história cosmológica.Farrar disse que não sabe se isso vai acontecer, mas é maravilhoso que as pessoas tenham percebido as complexidades do Universo tanto quanto eles., “É incrível que o cérebro humano tenha evoluído ao ponto de estas perguntas aparentemente poderem ser respondidas”, disse ela. “Alguns, pelo menos.”