Hoje sabemos que o universo tem cerca de 13,8 bilhões de anos. No entanto, uma das fases mais importantes de sua história permanece invisível para observações diretas: o período entre o Big Bang e o momento em que a luz começou a se propagar livremente, cerca de 380 mil anos depois. Para entender o que ocorreu nesse intervalo primordial, cientistas recorrem a teorias cosmológicas, observações do universo em larga escala e simulações computacionais capazes de recriar versões virtuais do cosmos.
O universo logo após o Big Bang
Nos primeiros instantes após o Big Bang, o universo era extremamente quente, denso e cheio de energia.
Nesse ambiente primordial, partículas elementares surgiam e desapareciam constantemente. A matéria ainda não havia se organizado em átomos, estrelas ou galáxias. Em vez disso, o cosmos era composto por um plasma quente de partículas carregadas e radiação.
Durante centenas de milhares de anos, a luz não podia viajar livremente porque era constantemente absorvida e reemitida pelas partículas presentes nesse plasma.
Somente quando o universo esfriou o suficiente para permitir a formação dos primeiros átomos neutros é que a luz pôde se propagar sem obstáculos. Esse momento marca o surgimento da chamada radiação cósmica de fundo, o brilho mais antigo que conseguimos observar no universo.
A teoria da inflação cósmica
Para explicar como o universo adquiriu suas características atuais, físicos propuseram a teoria da inflação cósmica.
Essa ideia foi desenvolvida nos anos 1980 por cientistas como o físico teórico Alan Guth. Segundo a teoria, logo após o Big Bang o universo teria passado por um período extremamente rápido de expansão.
Em uma fração minúscula de segundo, o cosmos teria crescido de um tamanho comparável ao de um próton para algo equivalente ao tamanho do Sistema Solar.
Esse processo teria suavizado irregularidades iniciais e ajudado a explicar por que o universo parece tão homogêneo e semelhante em todas as direções.
As sementes das estruturas cósmicas
Mesmo durante essa expansão acelerada, pequenas flutuações quânticas surgiram no universo primitivo.
Essas variações microscópicas de densidade foram ampliadas pela inflação e se transformaram nas sementes das estruturas cósmicas.
Com o passar do tempo, regiões um pouco mais densas atraíram mais matéria por causa da gravidade. Esse processo gradual levou à formação de galáxias, aglomerados de galáxias e grandes estruturas do cosmos.
Por isso, ao observar a distribuição atual das galáxias, os cientistas conseguem obter pistas sobre as condições existentes nos primeiros instantes do universo.
Mapas gigantes do universo
Para estudar essas estruturas em larga escala, projetos internacionais estão criando mapas cada vez mais detalhados do cosmos.
Entre eles estão o DESI (Instrumento Espectroscópico para o Estudo da Energia Escura) e o telescópio espacial Euclid.
Essas iniciativas estão mapeando volumes gigantescos do universo, capazes de revelar a posição de milhões de galáxias.
Com essas informações, pesquisadores podem testar diferentes modelos teóricos sobre a inflação cósmica e a evolução do universo.
Universos simulados em supercomputadores
Como nem tudo pode ser observado diretamente, cientistas também utilizam simulações computacionais para recriar universos virtuais.
Um exemplo são as simulações chamadas UNIT, desenvolvidas para estudar a distribuição da matéria no cosmos.
Esses universos simulados são criados com base em cálculos que levam em conta a presença de matéria escura, energia escura e matéria comum.
Para executar essas simulações são necessários supercomputadores de alto desempenho, como o MareNostrum, no Centro Nacional de Supercomputação de Barcelona, e o Finisterrae, no Centro de Supercomputação da Galícia.
O poder computacional necessário é enorme. O projeto consumiu energia equivalente ao gasto anual de cerca de 15 residências espanholas.
Como os universos digitais são criados
As simulações utilizam um método chamado simulação de N-corpos.
Nesse tipo de modelo, o universo é representado por milhões ou bilhões de elementos computacionais que interagem entre si por meio da gravidade.
Cada um desses elementos representa grandes concentrações de matéria, como galáxias menores que a Via Láctea.
Os cientistas então acompanham como essas estruturas evoluem ao longo do tempo sob a influência da gravidade.
Testando diferentes cenários do universo primitivo
Nas simulações UNIT, os pesquisadores criaram diferentes condições iniciais para estudar como pequenas variações no universo primordial poderiam alterar a evolução do cosmos.
Alguns modelos assumem que as flutuações iniciais seguem uma distribuição estatística chamada gaussiana, semelhante à famosa curva em forma de sino.
Outros modelos preveem variações mais complexas, conhecidas como não gaussianas, que poderiam surgir se a inflação cósmica tivesse sido influenciada por múltiplos campos quânticos.
Comparar essas simulações com os dados observacionais ajuda os cientistas a descobrir quais teorias são mais compatíveis com o universo real.
Investigando os primeiros momentos do cosmos
Estudar o período entre o Big Bang e o nascimento da luz continua sendo um grande desafio científico.
Como não podemos observar diretamente essa época, os pesquisadores precisam combinar teoria, observação e poder computacional para reconstruir esse capítulo da história cósmica.
Cada novo mapa de galáxias e cada simulação em supercomputador ajudam a revelar um pouco mais sobre como o universo evoluiu de um estado caótico inicial até o cosmos estruturado que observamos hoje.
E, embora ainda existam muitas perguntas em aberto, essas pesquisas estão cada vez mais próximas de desvendar os primeiros momentos da história do universo.
[ Fonte: The Conversation ]
