Tudo o que se pode tocar, pesar ou apontar um telescópio — cada estrela, planeta e pessoa — soma apenas 5% do universo. Isto não é um erro de arredondamento; é um dos números mais solidamente confirmados da cosmologia, refinado ao longo de décadas de medições da luz remanescente do nascimento do universo. O resto é matéria escura e energia escura, duas componentes que os astrónomos conseguem medir com precisão sem ainda saber o que realmente são — uma estranha forma de confiança, a de ter a certeza de que algo existe muito antes de saber do que é feito.
O Big Bang é o nome que os cosmólogos dão ao estado quente e denso do qual tudo se origina, há cerca de 13,787 mil milhões de anos, com uma margem de erro de 0,02 mil milhões de anos para mais ou para menos — um número surpreendentemente preciso para algo que aconteceu antes de existirem átomos. Chegar a esse número exigiu quase um século de descobertas acidentais, astrónomos obstinados e um padre belga com uma excelente ideia.
Este guia percorre as provas: o brilho residual que ainda atravessa o céu, os instrumentos construídos para o mapear, as pessoas que discutiram o seu significado, e o quão estranho se revela ser o "orçamento doméstico" do universo.
O brilho residual que ainda atravessa o céu
Cerca de 375.000 anos após o nascimento do universo, este arrefeceu o suficiente para se formarem átomos e a névoa de partículas carregadas se dissipar, permitindo pela primeira vez que a luz viajasse livremente. Essa primeira luz continua hoje a envolver a Terra sob a forma da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, chegando de todas as direções ao mesmo tempo.
Não é perfeitamente uniforme. Medições feitas por satélite revelaram que uma zona do céu está a uma temperatura de 2,7251 Kelvin, enquanto outra regista 2,7249 Kelvin — uma diferença de dois décimos de milésimo de grau. Essa ligeira irregularidade era exatamente o que os cosmólogos precisavam: sem ela, a gravidade não teria tido nada extra a que se agarrar, e a matéria poderia nunca se ter aglomerado em galáxias. Mapear essas variações minúsculas com precisão suficiente para serem relevantes levou décadas e várias gerações de sondas espaciais, cada uma perseguindo um sinal mais ténue do que a anterior.
Uma descoberta acidental que valeu um Prémio Nobel
Em 1964, os radioastrónomos dos Bell Labs Arno Penzias e Robert Wilson captaram na sua antena um zumbido fraco e uniforme que não desaparecia, fosse qual fosse a direção para onde a apontassem. Não andavam à procura do nascimento do universo; estavam a tentar localizar um ruído do equipamento, e esse "ruído" revelou ser a própria radiação cósmica de fundo. É uma das origens mais improváveis da história da ciência: a maior descoberta cosmológica da década surgiu disfarçada de avaria.
Catorze anos depois, em 1978, a dupla recebeu o Prémio Nobel da Física por essa descoberta, que deu à cosmologia a mais forte prova, até então, de que o universo tinha começado num estado quente e denso, em vez de existir eternamente numa condição estacionária.
Um satélite que fotografou o retrato de bebé de tudo
A antena de Penzias e Wilson conseguia confirmar a existência da radiação de fundo, mas não conseguia mostrar o aspeto detalhado do céu. Isso exigiu sondas dedicadas: o Cosmic Background Explorer, da NASA, detetou em 1992 as fracas ondulações de temperatura em amplas regiões do céu, e a Wilkinson Microwave Anisotropy Probe aperfeiçoou depois essa imagem, criando o primeiro mapa de todo o céu com uma resolução de apenas 0,2 graus.
O físico Adam Riess, que mais tarde partilharia o seu próprio Prémio Nobel em 2011 por um trabalho não relacionado sobre a aceleração cósmica, resumiu simplesmente o impacto da missão: tinha trazido precisão à cosmologia, e a área nunca mais seria a mesma. Um mapa tão detalhado transformou o Big Bang de um esboço aproximado em algo mais próximo de um projeto de engenharia, com números sobre os quais outros cientistas podiam efetivamente construir.
Os astrónomos que previram a expansão
Muito antes de alguém ter ouvido falar da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, os indícios já estavam presentes na simples luz das estrelas. Em 1912, Vesto Slipher apontou o seu espectrógrafo para o que então se chamava nebulosas espirais e notou algo estranho: quase todas se afastavam da Terra a grande velocidade.
No final da década de 1920, Edwin Hubble tinha transformado essa estranheza num padrão, mostrando que as galáxias distantes se afastavam em todas as direções, tal como as próprias equações de Einstein previam se o próprio espaço estivesse a expandir-se. Foi menos um único momento de "descoberta" do que anos de provas a apontar silenciosamente na mesma direção, com os espectros de Slipher a fazerem grande parte do trabalho inicial ao qual o nome de Hubble acabou por ficar associado.
O padre que deu nome ao início
Georges Lemaître, físico belga e padre católico, chegou de forma independente a uma conclusão semelhante. Em 1931, propôs que o universo tinha surgido daquilo a que chamou um "átomo primordial" — a ideia que acabaria por dar origem ao moderno modelo do Big Bang.
As marcas de Lemaître remontam a ainda antes desse célebre artigo. O primeiríssimo dado por trás do que hoje se chama a Constante de Hubble, o número que descreve a rapidez com que o universo se expande, veio na verdade de um artigo seu de 1927, construído a partir de distâncias galácticas que o próprio Hubble tinha medido e publicado. A história acabou por atribuir o nome da constante à pessoa que forneceu as distâncias, e não ao padre que primeiro as relacionou com a velocidade.
Feito, na sua maior parte, de coisas que não conseguimos ver
Somando cada estrela, planeta, lua e pessoa, os átomos comuns continuam a representar apenas cerca de 5% da massa e energia do universo. O resto divide-se entre duas componentes que não emitem qualquer luz: a matéria escura, com 27%, e a energia escura, dominante com 68%.
Nenhuma das duas foi alguma vez detetada diretamente. A matéria escura é inferida a partir da sua gravidade — mantém as galáxias unidas de forma muito mais forte do que a matéria visível conseguiria sozinha — enquanto a energia escura é inferida a partir do facto de a expansão do universo continuar a acelerar em vez de abrandar. A matéria comum, a matéria da tabela periódica, acaba por ser a acionista minoritária no seu próprio universo, um facto que levou quase um século de medições a estabelecer com alguma confiança.
Os primeiros fogos de artifício da química cósmica
Durante cerca dos primeiros 20 minutos após o Big Bang, as condições eram suficientemente quentes e densas para que protões e neutrões começassem a fundir-se nos primeiros núcleos leves do universo — hidrogénio-2, hélio-3, hélio-4 e lítio-7. Este processo, chamado nucleossíntese do Big Bang, explica por que razão a tabela periódica começou efetivamente já com hélio incluído, muito antes de qualquer estrela se ter acendido.
Os astrónomos estimam que as primeiríssimas estrelas do universo faziam o Sol parecer minúsculo, sendo entre 30 e 300 vezes mais massivas e brilhando milhões de vezes mais — verdadeiras gigantes em comparação com a estrela no centro do nosso próprio sistema solar.
Um universo demasiado grande para ver de uma só vez
A parte do universo ao alcance dos nossos telescópios está preenchida de forma bastante uniforme com galáxias em todas as direções, estendendo-se por mais de 10 mil milhões de anos-luz — cerca de 6 mil milhões de biliões de milhas da Terra. Para lá dessa fronteira, a luz simplesmente ainda não teve tempo de chegar à Terra — isso não significa que o universo termine ali, apenas que a nossa visão dele sim.
Entre os objetos mais distantes encontrados dentro desse alcance está a GN-z11, uma galáxia captada pelo Telescópio Espacial Hubble em 2016, com um desvio para o vermelho de cerca de z≈11,1, vista tal como era há cerca de 400 milhões de anos na história do universo — uma imagem instantânea de quando o cosmos tinha apenas uma pequena fração da sua idade atual. Cada facto neste guia, desde a antena em Nova Jérsia até ao brilho que esta noite paira no céu, é, na verdade, um único e longo argumento a favor da mesma conclusão: o universo teve um início, e as provas disso continuam a chegar.