O que é o Universo?

O Universo é toda a existência, todo o espaço e tempo e toda a matéria e energia contida nele. O Universo é desconhecidamente vasto e desde que foi formado, tem estado em expansão, arrastando as regiões distantes na velocidade da luz. O Universo engloba tudo, do menor átomo até o maior aglomerado de galáxias, e ainda com tudo aparentemente governado pelas mesmas leis básicas.

Tudo no Universo é parte de algo maior. A escala da Terra e da Lua pode ser relativamente fácil para a mente humana compreender, mas a estrela mais próxima é inimaginavelmente remota e a mais distante galáxia está a bilhões de vezes mais distante.

Os cosmologistas nunca determinaram exatamente o quão grande é o Universo. Pode ser até infinito e alternativamente, pode ter um espaço finito. Entretanto, mesmo um Universo finito pode não ter um centro ou fronteira e pode curvar-se em si mesmo. Assim, paradoxalmente, um objeto viajando em uma direção pode eventualmente reaparecer na direção oposta. O que é certo é que o Universo está se expandindo e tem sido assim desde sua origem no Big Bang, há 13,7 bilhões de anos. Pelo estudo dos padrões de radiação deixados desde o Big Bang, os cosmologistas podem estimar o tamanho mínimo do Universo, como se fosse finito. Algumas partes podem estar separadas por pelo menos dez bilhões de anos-luz. Como um ano-luz é a distância que a luz viaja em um ano, o Universo é imensamente grande.

Embora o Universo não possua margens e talvez seja infinito, a parte a qual os cientistas possuem conhecimento é restrita e finita. O denominado Universo observável é uma região esférica, ao redor da Terra, onde a luz teve tempo de chegar até nós desde o início do Universo. A fronteira que separa esta região do resto do Universo é denominada horizonte cósmico da luz. Uma luz alcançando a Terra de um objeto próximo a este horizonte deve ter viajado por um tempo próximo a idade do Universo. Esta luz deve ter viajado a distância de aproximadamente 13,7 bilhões de anos-luz para alcançar a Terra. Distância esta que é medida por um tempo que já passou, desta forma, a verdadeira distância pode ser bem maior atualmente, porque enquanto a luz estava viajando em direção à Terra, o objeto estava sendo arrastado para longe com a expansão do Universo.

O Universo consiste em energia, espaço e matéria. Uma porção desta matéria é levada pelo espaço como simples átomos ou simples moléculas de gás. Outras matérias acumulam massificando-se desde grãos até estrelas gigantes, ou implodem para formar buracos negros. A gravidade amarra todos estes objetos dentro de grandes nuvens e discos de matéria conhecidos como galáxias. A gravidade é a força de atração que existe entre quaisquer objetos no Universo, a força que segura estrelas e galáxias juntas. A gravidade é a mais fraca dentre as forças fundamentais da natureza, mas por agir em grandes distâncias e entre todos os objetos que possuem massa, é a força que dá forma ao Universo.

A luz do Universo vem principalmente das estrelas, bolas quentes de gás que geram energia através da fusão nuclear em seus núcleos. As estrelas se formam pela condensação das massas de gás e poeira nas nebulosas e em algumas vezes ocorrem aos pares ou aglomerados. Dependendo da massa inicial as estrelas variam em cor, temperatura na superfície, brilho e tempo de vida.

O Sistema Solar, com nossa própria estrela, o Sol, e tudo que o orbita, é acreditado que foi formado a partir de poeira e gás condensados em um disco giratório, chamado de disco protoplanetário. A matéria central tornou-se o Sol, enquanto que a matéria externa formou os planetas e outros pequenos e frios objetos. Um planeta é uma esfera orbitando uma estrela e não produz fusão nuclear.

O Sistema Solar ocupa uma pequeníssima parte de uma enorme estrutura em forma de disco com estrelas, gás e poeira denominada a galáxia Via Láctea. Por volta de cem anos atrás pensava-se que nossa galáxia englobava todo o Universo, algumas pessoas imaginavam que nada mais existia fora da Via Láctea. Hoje, nós sabemos que somente a parte observável do nosso Universo contém mais de cem bilhões de galáxias. As galáxias variam em tamanho, desde galáxias anãs, de poucas centenas de anos-luz de largura e com alguns milhões de estrelas, até gigantes, de muitas centenas de milhares de anos-luz de dimensão e contendo muitos trilhões de estrelas. As galáxias contém nuvens de gás, poeira e matéria escura, segurado juntos pela gravidade. Elas existem em cinco formados: espiral, espiral barrada, elíptica, lenticular e irregular. As galáxias são identificadas por números em um dos diversos bancos de dados para objetos celestes.

Um buraco negro é uma região do espaço contendo em seu centro uma quantidade de matéria comprimida em um ponto de densidade infinita, denominado singularidade. No interior de uma região esférica, que rodeia esta singularidade, a força gravitacional é tão grande que nada consegue escapar, nem mesmo a luz. A fronteira desta região é chamada de Horizonte de Eventos. Um buraco negro pode ser detectado de fora somente pelo comportamento da matéria que o rodeia. Há dois tipos principais de buracos negros, o supermassivo e o estelar. Um buraco negro supermassivo possui massa equivalente a bilhões de vezes a massa do Sol e existe no centro da maioria das galáxias, incluindo a nossa. Um buraco negro estelar forma-se a partir de restos de um colapso de uma estrela supergigante que explodiu e são bastante comuns em todas as galáxias.

As galáxias são confinadas pela gravidade para formarem aglomerados com desde vinte até milhares de galáxias. Alguns aglomerados possuem um núcleo central concentrado e uma estrutura esférica bem definida, outros aglomerados são irregulares no formato e na estrutura. O aglomerado de galáxias que contém nossa própria galáxia é denominado Grupo Local. Correntes de uma dúzia ou mais de aglomerados de galáxias são unidas livremente pela gravidade e formam os superaglomerados de galáxias, os quais podem ter mais de duzentos milhões de anos-luz em extensão. Estes superaglomerados são arranjados em largos planos e filamentos, separados pelo vácuo de cem milhões de anos-luz. Estes planos e vácuos formam a rede que permeia todo o Universo observável.

Existe muito mais matéria no Universo que a contida nas estrelas e outros objetos visíveis. A massa invisível, denominada matéria escura, possui sua composição desconhecida. Evidências para a matéria escura incluem o movimento das galáxias nos aglomerados. As galáxias se movimentam mais rápido do que é possível explicar pela gravidade da matéria visível, provavelmente deve existir mais massa além do observado. E mesmo incluindo toda a matéria escura deduzida nas observações, a densidade do Universo não é suficiente para satisfazer as teorias de sua evolução. Para encontrar a solução, os cosmologistas propõem a existência da energia escura, uma força que cancela a gravidade e ocasiona a rápida expansão do Universo. A exata natureza da energia escura é ainda especulada.

Nossa moderna percepção do ambiente cósmico é grandiosa. Os astrônomos estão agora ambientando a Terra em um contexto cósmico. O entendimento de como o Universo se formou possui uma intrigada complexidade. Este artigo apenas superficializou o que sabemos do Universo, em relação ao espaço e tempo e toda a matéria e energia contida nele.