A descoberta de E. Hubble (1928-32) - um Universo em expansão - foi sem dúvida uma das maiores descobertas do século XX. Na altura, já a Relatividade Geral (RG) de Einstein tinha produzido os modelos teóricos capazes de descrever um tal Universo. Mas só nos finais dos anos 40 essas ideias foram levadas até às suas últimas consequências por George Gamow e seus colegas Ralph Alpher e Robert Herman, permitindo a previsão de uma radiação cósmica em equilíbrio térmico, banhando uniformemente o Universo com uma temperatura de aproximadamente 5 Kelvin (cerca de -268 graus C), relíquia de uma época em que o Universo era muito quente e denso. Esta radiação, no domínio das micro-ondas, seria descoberta em 1964, quase acidentalmente por Arno Penzias e Robert Wilson, e identificada um ano mais tarde por Robert Dicke e James Peebles. Desde então têm sido realizadas inúmeras observações para determinar rigorosamente o espectro térmico dessa radiação, e obter com precisão a sua temperatura característica. Essas observações fixaram o valor da temperatura efectiva em K e mostraram que a radiação era extraordinariamente isotrópica (as variações de temperatura em diferentes direcções são inferiores a grau). Este resultado constituiu a prova mais sólida a favor do modelo padrão do Big Bang.
Recordemos algumas das observações astronómicas que foram determinantes para o estabelecimento do Big Bang. A primeira e mais relevante é com certeza a lei de Hubble que descreve o afastamento das galáxias com velocidades proporcionais às suas distâncias: . Aqui é a velocidade de recessão da galáxia, é a sua distância e é a "constante" de Hubble no instante em que fazemos a observação. É esta lei que permite atribuir uma dinâmica ao Universo e afirmar que ele está em expansão. É uma lei empírica, mas pode ser deduzida da teoria de Einstein da RG. A partir de (valor actual de ) podemos estimar a idade aproximada do Universo: . Embora não se conheça o valor de com exactidão, verifica-se uma convergência para km/s/Mpc(1). Ou seja, uma galáxia que se encontre à distância de 1 Mpc afasta-se de nós com uma velocidade km/s. Só recentemente foi possível chegar a esta precisão no valor de , com o auxílio do telescópio espacial Hubble. Devemos entender que é o próprio espaço que se expande com essa velocidade no momento de observação, e não a galáxia que se move e, portanto, se for suficientemente grande pode ser maior que a velocidade da luz no vácuo. A este valor de corresponde uma idade para o Universo que se situa entre e mil milhões de anos. É frequente adoptar o valor intermédio de 14 mil milhões de anos. Porém, como o valor de varia no tempo, a idade do Universo não é simplesmente . No modelo preferido actualmente . Os 14 mil milhões de anos representam pois um valor aproximado. Acrescente-se que há determinações independentes para a idade das estrelas mais antigas (em enxames globulares) que fornecem valores compatíveis com a idade do Universo calculada a partir do Modelo Padrão.
A ideia essencial de um Universo em expansão, tendo passado por uma fase extremamente quente durante a qual se produziram por fusão nuclear alguns elementos químicos leves (como o hélio, o deutério e o lítio), é uma ideia adquirida em cosmologia. Esta ideia conduz- -nos quase inevitavelmente à conclusão que a expansão começou com um big bang alguns 14 mil milhões de anos atrás. O estado do Universo era então muito semelhante ao interior de um buraco negro, embora invertido no tempo. Nesta descrição, o Universo emergiu aparentemente duma singularidade antes da qual nem espaço nem tempo existiam. Por outro lado, a ideia de uma fase inflacionária, durante a qual o Universo se expandiu aceleradamente, também parece ser uma ideia que viverá connosco por muito tempo. Há muitos "pormenores" ainda por clarificar e há muitas teorias que podem incorporar esta ideia de um Universo em expansão acelerada. Recentemente, foi possível comprovar que o Universo actual também se encontra numa fase de expansão acelerada, o que implica a existência de uma energia escura de natureza diferente da restante energia. Esta energia escura representa cerca de de toda a energia, e tem um papel repulsivo que determina a aceleração actual do Universo. Permanecem por desvendar inúmeros mistérios e, entre eles, os momentos iniciais do Universo, a constituição da matéria escura, a natureza da energia escura, bem como a formação de estrelas e galáxias, são temas apaixonantes que continuarão a ser investigados nos próximos anos.
(1) O megaparsec (Mpc) equivale a milhões de anos-luz.
Prof. Doutor Paulo Crawford
CAAUL / Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa