Uma rápida história de 13,8 bilhões de anos do nosso Universo

É tentador imaginar o universo embrionário, antes do Big Bang, como uma semente, prenhe de toda a possibilidade do cosmos vir, pronto para germinar. Mas, pelo que entendemos, o universo já estava crescendo quando começou. Isso significa que não foi um começo, mas sim o início de uma nova fase de sua existência. Por uma questão de simplicidade, e já que todas as histórias precisam de um começo, digamos que nosso universo começou com crescimento.

Este não foi o crescimento gerador de uma semente germinante. Foi um crescimento dilacerante, aniquilador, que destrói, rasga e rasga. Era o próprio crescimento do espaço.

No início de tudo, o cosmos cresceu a um ritmo verdadeiramente aterrorizante, expandindo-se exponencialmente. Espaço begat espaço begat espaço. A realidade foi despojada de toda a forma pela expansão do espaço, tornando-se um vazio tênue e quase sem características. Se você pudesse sentar-se em um átomo – embora não houvesse átomos, ainda não – e olhar para o universo em rápida expansão, você não teria visto nada, apenas uma escuridão congelante e sufocante. O estiramento sem remorso do espaço teria levado todos os outros objetos para longe da vista, mais rápido do que a velocidade da luz, além de um horizonte inalcançável. Paradoxalmente, à medida que o espaço se expandia, o mundo visível a qualquer aspirante a observador encolheu para uma minúscula e inescapável casca de noz, ligando cada partícula dentro de sua própria esfera isolada do nada, separada de todas as outras manchas semelhantes por um vazio cada vez maior.

A essa era de expansão extrema foi dado um nome bastante mundano: "inflação". Quanto tempo durou a inflação não sabemos. Poderia ter sido um mero instante ou uma eternidade. Com toda a probabilidade, nunca saberemos. Também não é provável que descubramos o que, se alguma coisa, veio antes de se apoderar do cosmos. Quaisquer vestígios de épocas anteriores foram apagados pelo crescimento do espaço.

Mas sabemos que em algum momento a inflação acabou e, ao terminar, o universo rugiu para existir. À medida que a força que impulsionava a inflação diminuía, seu poder gerava inúmeras partículas, preenchendo o vazio ofegante com um fogo subatômico abrasador, o plasma primordial a partir do qual todos os objetos do cosmos se formariam mais tarde.

Das trevas, a luz. Dentro de um trilionésimo de segundo, as forças da natureza surgiram e, com elas, a primeira e maior chama de luz da história cósmica. Embora a inflação tivesse terminado, o espaço ainda estava se expandindo, embora a um ritmo menos feroz. À medida que o cosmos continuava a crescer, o fogo primordial começou a esfriar. Partículas elementares, os blocos de construção de tudo o que ainda está por vir, fundiram-se para formar os corações dos primeiros átomos. Nos minutos seguintes, os núcleos dos primeiros elementos químicos foram forjados: hidrogênio, hélio e lítio.

Por cerca de 380.000 anos, o universo infantil foi preenchido com um fogo incandescente, esfriando lentamente à medida que o espaço continuava a inchar. Então, em um momento crítico, a temperatura caiu o suficiente para permitir que os elétrons se enrolassem firmemente em torno de núcleos atômicos errantes, formando os primeiros átomos inteiros. Nesse momento, a chama primordial se apagou e a escuridão caiu por todo o cosmos.

Uma longa era das trevas começou. Por centenas de milhões de anos, o universo foi preenchido por uma névoa de hidrogênio quente. Mas, na escuridão, as primeiras sementes de estrutura foram se acumulando. Lentamente no início, depois cada vez mais rápido, hidrogênio e hélio foram atraídos sob a gravidade em nuvens cada vez mais espessas. À medida que essas nuvens se adensavam, elas também ficavam quentes. Finalmente, em algum lugar nos confins insondáveis do espaço, a pressão no centro de uma nuvem tornou-se tão intensa que acendeu um fogo nuclear, a centelha da primeira estrela. A luz voltou ao universo e a idade das trevas terminou com um amanhecer cósmico.

Logo, o universo estava cheio de estrelas, pontos brilhantes de luz no escuro em expansão lenta. Reunidos nas primeiras galáxias, eles forjaram elementos químicos nunca antes vistos. Carbono, oxigênio, nitrogênio, ferro e muitos outros foram espalhados pelo espaço quando essas primeiras estrelas morreram em supernovas em chamas. De suas brasas brilhantes, novas gerações de estrelas nasceram, e ainda mais elementos foram forjados, um ciclo contínuo de nascimento, morte e renascimento.

Cerca de nove bilhões de anos após o amanhecer cósmico, em um braço espiral externo de uma das centenas de bilhões de galáxias agora espalhadas pelo espaço, uma nova estrela cintilou na luz. Sobre ela circulou uma frota de mundos, e em uma esfera rochosa, matéria inerte de alguma forma ganhou vida. Sob a orientação de forças físicas, os átomos se organizaram em organismos cada vez mais complexos que cresceram, se multiplicaram e evoluíram. Por bilhões de anos, o orbe azul pálido fervilhou de seres vivos, espécies emergiram e pereceram, e a dança da evolução continuou. Até que, finalmente, a humanidade ficou na superfície da Terra, olhou para as estrelas e se perguntou.

O fato de a ciência moderna nos permitir falar com tanta confiança sobre eventos tão remotos no tempo e no espaço que desafiam a imaginação é certamente uma das maiores conquistas de nossa espécie. — Harry Penhasco

Essa história do cosmos, suas origens e sua história foi gradualmente construída ao longo de séculos pelo esforço coletivo de milhares de pessoas. O fato de a ciência moderna nos permitir falar com tanta confiança sobre eventos tão remotos no tempo e no espaço que desafiam a imaginação é certamente uma das maiores conquistas de nossa espécie. Particularmente quando você considera que essa história foi montada olhando e cutucando o universo a partir de um ponto de vista bastante restrito na superfície de uma pequena rocha insignificante que atravessa o espaço.

A evidência que sustenta essa história cósmica vem de duas fontes. O primeiro é o céu. Ao olhar para os céus, primeiro com nossos olhos e depois usando instrumentos inteligentes feitos da matéria física da Terra, aprendemos sobre estrelas, planetas, gravidade, a expansão do espaço e a bola de fogo do Big Bang. No entanto, o problema com as coisas no céu é que quase todas elas estão inconvenientemente longe. O mais longe que um ser humano já viajou é ao redor da Lua, a meros 400.171 quilômetros do espaço, o que é um embaralhamento imperceptível para a direita em termos cósmicos.

Fizemos um pouco melhor usando sondas espaciais remotas. No início de 2023, a Voyager 1, lançada pela Nasa em 1977, havia viajado impressionantes 23,8 bilhões de quilômetros da Terra, levando a pequena sonda para além da borda do nosso sistema solar e para o espaço interestelar. No entanto, 23,8 bilhões de quilômetros são amendoins absolutos para o cosmos, uma irrisória 0,0000000000001% da distância até a borda do universo observável.

O problema, como bem disse o romancista Douglas Adams, é que "o espaço é grande". Sua grandeza torna impossível sair e provar um pouco de estrela, ou estourar em um buraco negro e espiar por cima da borda. Em vez disso, temos que nos contentar em inferir as propriedades dos objetos que vemos no céu a partir dos sinais que recebemos passivamente de cima. Isso teria sido extremamente limitante se fosse a única abordagem que tínhamos para dar sentido ao universo em geral. Felizmente, há uma segunda maneira poderosa de estudar o cosmos – sondando a matéria física que encontramos aqui na Terra.