Composição do Universo

Como primeira tentativa, poderíamos pensar que o universo é feito das mesmas coisas que estão no nosso planeta: átomos, fótons e neutrinos. De fato, por muitos anos esse foi o paradigma científico. Esse paradigma começou a ruir quando observações iniciadas na década de 30, pelo astrônomo suíço Fritz Zwicky, mostraram que o peso das galáxias (ou, mais precisamente, a quantidade de massa) é cerca de cem vezes maior que o de todas as estrelas da galáxia somadas. Portanto há na galáxia um tipo de matéria que não irradia luz, que ficou conhecida como matéria escura.
Na década de 70, avanços em cosmologia mostraram como calcular a quantidade de átomos de elementos leves, como o hélio e o deutério, que teriam sido produzidos nos três primeiros minutos do universo. Para explicar as quantidades observadas desses elementos leves em galáxias distantes, apenas uma fração muito pequena do universo, aproximadamente 5%, seria composta de átomos. Uma fração muito menor corresponderia a fótons e neutrinos. Logo a maior parte do universo não é feita do mesmo material de que nós somos feitos, de átomos. Mas qual a composição dos outros 95% do universo?
Não temos uma resposta definitiva ainda. Chegamos à fronteira do conhecimento macroscópico. A dinâmica das galáxias indica que 30% do universo é composto por um novo tipo de partícula elementar, responsável pela matéria escura. Possíveis candidatos são postulados por várias teorias, mas ainda não foram produzidos no laboratório. Eis a conexão entre o macro e o microcosmo.
Graças a uma descoberta em 1998, considerada pela revista 'Science' uma das mais importantes do século 20, sabemos hoje que cerca de 65% do universo é composto por algo difuso, que não se concentra em galáxias e que provoca a expansão acelerada do universo. Uma analogia imperfeita seria a de um meio extremamente tênue que permeia todo o universo. Para dar uma idéia, o peso desse meio, contido em um volume igual ao volume da Terra, seria de apenas um centésimo de grama. Esse meio poderia ser formado pela chamada constante cosmológica, proposta por Albert Einstein para explicar por que o universo seria estático, que era o paradigma do início do século 20.
Com a descoberta da expansão do universo pelo astrônomo Edwin Hubble, Einstein reconheceu nessa constante seu maior erro. Talvez Einstein estivesse certo, afinal. Há outros modelos alternativos para esse meio, mas ainda aguardamos mais fatos experimentais para confirmá-los ou excluí-los.
Em suma, eis a receita de universo: 5% de átomos, 30% de uma partícula elementar ainda desconhecida e 65% de um meio difuso cuja origem não conhecemos. (Folha de SP, 7/7) 

Texto original aqui

Formação do Universo e a teoria do Big Bang

Em 1985, um físico comentou num encontro científico:

“É tão certo que o universo principiou no Big Bang, há cerca de 15 bilhões de anos, quanto é certo que a Terra orbita em torno do Sol.”

Esta afirmação segura sugere o nível de confiança que a teoria do Big Bang, proposta inicialmente por George Gamow e seus colegas, tem entre os que investigam essas questões. Não há tempo "antes do Big Bang", pois o tempo principiou com esse evento. Vamos ver o que ocorreu em alguns intervalos de tempo sucessivos ao da criação do tempo:

• Entre Zero (Big Bang) e 10-45s: neste pequeno, porém importante período pouca coisa conhecemos, pois as leis da física, como as conhecemos, não valiam.
• No instante 10-43s: a temperatura do universo é cerca de 1023 K e o universo se expande rapidamente. 
• Entre 10-43s e 10-35s: durante este período, as forças fortes, fracas e eletromagnéticas atuam como uma única força descrita pela Teoria da Grande Unificação. A gravitação atua separadamente, como nos dias de hoje.
• Entre 10-35s e 10-10s: a força forte se "congela" deixando a força eletrofraca continuar a atuar, como força unificada.
• Entre 10-10s e 10-5s: todas as quatro forças aparecem separadamente, como nos dias de hoje. O universo é constituído por uma "sopa" quente de quarks, léptons e fótons.
• Entre 10-5s e 3minutos: os quarks se unem para formar mésons e bárions. A matéria e a antimatéria se aniquilam, desaparecendo a antimatéria e deixando um ligeiro excesso de matéria com a qual se forma o nosso presente universo.
• Entre 3minutos e 105anos: os prótons e nêutrons se juntam para formar os nuclídeos leves, como o 4He, o 3He, o 2H e o 7Li, com as abundâncias que encontramos hoje. O universo é constituído por um plasma de núcleos e elétrons.
• Entre 105anos e hoje: no princípio deste período, os elétrons podiam orbitar em torno dos prótons, a fim de formar átomos de hidrogênio, sem serem imediatamente expulsos das órbitas pelos fótons presentes. A luz que foi emitida durante a formação desses átomos é a radiação de fundo em microondas que foi detectada por Penzias e Wilson em 1965. Então, a radiação libertada pelos átomos durante esses tempos antigos nos dá uma imagem de como era o universo quando tinha cerca de 105 anos de idade.

Texto extraído do livro: Fundamentos de Física 4 - Óptica e Moderna - Halliday - Renisck - Walker - 4º Edição - LTC