O Fundo Cósmico de Microondas (ou “CMB” para abreviar) é a radiação de cerca de 400.000 anos após o início do Universo. Isso pode soar como um longo tempo nas escalas de tempo humanas, mas na verdade é um piscar de olhos quando comparado com a idade do Universo, que está em torno de 13,7 bilhões (13.700.000.000) de anos. Antes dessa época, o Universo era tão quente e denso que era opaco para toda radiação. Nem mesmo átomos simples poderiam se formar sem serem instantaneamente divididos em seus prótons e elétrons constituintes pela radiação intensa. O Universo era feito de um “plasma”, ou gás ionizado, que é o que a superfície do Sol é feita .
Desde o Big Bang, o Universo tem esfriado e se expandido. Por volta de 400.000 anos durante sua vida, ele era frio o suficiente (embora ainda em torno de 3.000 Celsius) para que os átomos mais simples se formassem, e se tornou transparente. A luz desta época tem viajado através do espaço desde então, e pode ser detectada ao nosso redor, aqui na Terra ou no espaço. Podemos medir o brilho residual do Big Bang.
A expansão do Universo esticou a radiação CMB em cerca de 1000 vezes, o que a torna muito mais fria. Então, em vez de ver o brilho residual em 3.000 graus, nós o vemos apenas 3o acima do zero absoluto, ou 3 Kelvin (-270o C). Assim como um carvão em chamas (cerca de 1500 K) brilha em vermelho e uma estrela brilhante e quente (cerca de 6000 K) brilha em amarelo ou azul, o CMB brilha com uma cor característica associada à sua temperatura. No entanto, por ser muito frio, a luz emitida pelo Universo brilhante agora tem um comprimento de onda muito maior do que podemos ver com nossos olhos. O CMB é mais brilhante em um comprimento de onda de cerca de 2 mm, que é cerca de 4.000 vezes maior do que o comprimento de onda da luz visível que vemos com nossos olhos.
História das medições CMB
As primeiras medições do CMB na década de 1960, por Arno Pensiaz e Robert Wilson, confirmaram que o CMB estava lá e que estava por toda parte, mas não podia ser visto em detalhes. Eles viram um sinal constante que prejudicou sua visão da galáxia. O CMB é tão brilhante em comprimentos de onda milimétricos que se você dessintonizar uma velha TV analógica para mostrar a estática como a neve, uma pequena porcentagem do sinal que sua TV está captando terá vindo do início do Universo.
Na década de 1990, um satélite chamado COBE mediu o CMB em todo o céu. Ajudou a estabelecer várias coisas. Em primeiro lugar, o CMB é quase totalmente uniforme, com uma temperatura quase constante em todo o céu. No entanto, não é totalmente constante. Houve pequenas flutuações, ou ondulações, na temperatura, no nível de apenas uma parte em 100.000. Se a superfície da Terra fosse lisa para 1 parte em 100.000, a montanha mais alta teria apenas 100 m de altura!
Nas últimas duas décadas, muitos experimentos mediram as pequenas flutuações CMB, com as precisões melhorando gradualmente e Melhor. Essas pequenas flutuações ocorrem devido a pequenas variações na densidade do Universo imediatamente após o Big Bang. Quaisquer regiões um pouco mais densas tendem a atrair mais matéria, e se tornam ainda mais densas e atraem ainda mais matéria. Esse processo descontrolado é o que levou à formação das primeiras estrelas e galáxias. As propriedades das flutuações foram usadas para ajudar a determinar a idade do Universo, de que é feito e até mesmo como pode terminar. Conforme as medições ficam cada vez melhores, nosso conhecimento do Universo aumenta. O Planck será um marco importante em nossa compreensão, medindo essas flutuações com incrível precisão e em mais detalhes sobre todo o céu do que era possível no passado.
COBE
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COBE -
WMAP -
Planck
As três imagens acima mostram o céu simulado nas resoluções do COBE (lançado em 1990), WMAP (lançado em 2001) e Planck. Todas as imagens têm a mesma escala de cores.