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O Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) é um sistema de sensoreamento térmico da energia remanescente de fundo, ou ruído térmico de fundo do Universo conhecido. Esta imagem é um mapeamento em microondas do Universo conhecido cuja energia que chega ao sistema está reverberando desde 379000 anos depois do Big-bang, há 13 bilhões de anos (presume-se). A temperatura está dividida entre nuances que vêm do mais frio ao mais morno, do azulao vermelho respectivamente, sendo o mais frio, a matéria ou o "éter", onde a energia térmica de fundo está mais fria, demonstrando regiões mais antigas. A comparação, feita pelo autor da imagem, é como se tivéssemos tirado umafotografia de uma pessoa de oitenta anos, mas, no dia de seu nascimento.
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Em Cosmologia, a radiação cósmica de fundo em micro-ondas é uma forma de radiação eletromagnética, cuja existência foi prevista teoricamente por George Gamov, Ralph Alpher e Robert Herman em 1948, e que foi descoberta experimentalmente em 1965 por Arno Penzias e Robert Woodrow Wilson. Ela se caracteriza por apresentar um espectro térmico de corpo negro com intensidade máxima na faixa de micro-ondas. A radiação cósmica de fundo em micro-ondas é uma radiação eletromagnética que preenche todo o universo, cujo espectro é o de um corpo negro a uma temperatura de 2,725 kelvin.
A radiação cósmica de fundo em micro-ondas é, ao lado do afastamento das galáxias e da abundância de elementos leves, uma das mais fortes evidências observacionais do modelo do Big Bang, que descreve a evolução do universo. Penzias e Wilson receberam o Nobel de Física em 1978 por essa descoberta.
O Big Bang, ou grande explosão, também conhecido como modelo da grande explosão térmica, parte do princípio de Friedmann, onde, enquanto o Universo se expande, a radiação contida e a matéria se esfriam. Para entender a teoria do Big Bang, deve-se em primeiro lugar entender a expansão do Universo, de um ponto A para um ponto B, assim, podemos, a partir deste momento retroceder no espaço, portanto no tempo, até o Big Bang.
Imaginemos uma bolha de sabão, suponhamos que esta bolha seja preenchida por umfluido, deixemos o fluido de lado e concentremo-nos na superfície propriamente dita da bolha. Esta no início é um ponto de água com sabão, por algum motivo desconhecido, que não importa, começa a aumentar através da inserção de um gás, tomando a formaesférica. Observemos que, na medida em que o ar penetra preenchendo o interior da bolha de sabão (a exemplo de uma bexiga), começa a haver a expansão volumétrica do objeto. Nos concentremos no diâmetro da bolha e na espessura da parede. Verificaremos que, à medida que seu diâmetro aumenta, a espessura diminui, ficando mais e mais tênue, pois a matéria está se desconcentrando e seespalhando em todas as direções. De uma maneira simplificada, podemos afirmar que o aumento do diâmetro da bolha é o universo em expansão, o aumento da área da superfície é a diminuição da densidade material, a redução da espessura da parede é a constante térmica que diminui à medida que o universo se expande.
A nucleossíntese foi a formação inicial dos primeiros núcleos atômicos elementares (hidrogênio e hélio). Ela ocorreu porque a atuação da Força Nuclear Forte acabou atraindo prótons e nêutrons que se comprimiram em núcleos primitivos. Sabe-se que esta força nuclearforte só é eficaz em distâncias da ordem de 10-13 cm. Presume-se que a nucleossíntese ocorreu 100 segundos após o impulso inicial, e que esta foi seguida de um processo de repentino resfriamento devido à irradiação que, segundo alguns, ocasionou o surgimento dos núcleos — segundo outros, o surgimento dos núcleos ocasionou o resfriamento. Em função da nucleossíntese, a matéria propriamente dita passou a dominar o universo primitivo, pois sabe-se que a densidade de energia em forma de matéria passou, a partir daquele momento, a ser maior do que a densidade em forma de radiação. Isso se deu em torno de 10 mil anos após o impulso inicial.
Com a queda da temperatura universal, os núcleos atômicos de hidrogênio, hélio e lítio recém-formados se ligaram aos elétrons, formando assim átomos completos desses elementos. Presume-se que isso se deu em torno de 300 mil anos após o chamado marco zero. A temperatura universal estava então em torno de 3.000 K.
O processo, ou a era da formação atômica, segundo alguns pesquisadores, durou cerca de um milhão de anos aproximadamente. À medida que se expandia a matéria, a radiação que permeava o meio se expandia simultaneamente pelo espaço, porém em velocidade muito maior, ultrapassando a primeira. Daquela energia irradiada sobraram alguns resquícios em forma de micro-ondas, que foram detectadas em 1965 por Arno A. Penzias e Robert W. Wilson, tendo sido chamada de radiação de fundo.
O satélite COBE, em 1992, descobriu flutuações na radiação de fundo recebida que explicariam a formação das galáxias logo após a Grande Explosão.
Um exemplo ilustrativo da expansão repentina a que se seguiu após o evento inicial, seria que a matéria comprimida num volume hipotético do tamanho de uma cabeça de alfinete, em torno de 1 mm de diâmetro, se expandiria para cerca de 2 mil vezes o tamanho do nosso sol.
Antes de completar um segundo de idade, o Universo estava na era da formação dos prótons e nêutrons. Os nêutrons tendem a decair espontaneamente em prótons, porém prótons recém formados pelo decaimento não decaem. Devido a experimentos em aceleradores de partículas, sabe-se que o universo naquela era, (1 segundo aproximadamente), ficou com 7 prótons para cada nêutron — uma massa turbilhonante das partículas mais elementares. Era também mais denso do que o ferro e tão opaco que nenhuma luz conseguiria penetrá-lo.
Outro dado apontado pelas pesquisas realizadas leva à cifra de aproximadamente 500 mil anos, em média, do resfriamento universal acelerado. Supõe-se que as partículas elementares, ao se fundirem formando hidrogênio e hélio, formaram imensos bolsões de gás que poderiam ter sido causados por pequenas alterações da gravidade, resultando assim em protogaláxias que teriam originado estrelas entre 1 e 2 bilhões de anos após o Big Bang.
A evolução estelar aponta para as gigantes vermelhas e supernovas, que durante a sua vida, geraram o carbono e demais átomos. Todos os elementos, presume-se, seriam espalhados no meio interestelar a partir das supernovas; uma data limítrofe para esses eventos estaria em torno de 1,1 bilhão de anos após a explosão inicial.
As supernovas semearam nas galáxias a matéria-prima para posteriores nascimentos de estrelas.
Melhoramentos sucessivos das observações das anisotropias (ou flutuações) da radiação cósmica de fundo em micro-ondas
Documentário:
Wikipédia
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