teoria do big bang

Módulo 1 - Das estrelas ao átomo

Isabel Duarte

FQ A – 10º ano

Escola Secundária Francisco de Holanda

Universo

1

Origem do Universo

Teoria do

Big Bang

2 Módulo 1 - Das estrelas ao átomo

Isabel Duarte


Isabel Duarte

Teoria do Big Bang

• Para tentar explicar de onde e como apareceu o

Universo, os cientistas foram formulando teorias

a partir de evidências experimentais.

• Ao longo do século XX foram formuladas e

reformuladas teorias. Nenhuma das teorias é

ainda de aceitação universal, por não

conseguirem explicar todos os factos

conhecidos.

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Isabel Duarte

• A teoria, mais aceite neste momento, para a origem do Universo é a teoria do Big Bang (Grande Explosão), segundo a qual O Universo foi formado há cerca de 15 mil milhões de anos com uma grande explosão, o Big Bang.

Teoria do Big Bang

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Isabel Duarte

• Os cientistas ao observar galáxias muito distantes, verificam que estas se afastam de nós a velocidades que são tanto maiores quanto mais distantes estão.

• O Universo está em expansão.

• Houve um instante no passado em que tudo estava concentrado num ponto.

Teoria do Big Bang

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Isabel Duarte

• tempo = 0s, BIG BANG, Temperatura = ∞

– O Universo inicialmente estava todo

concentrado num só ponto (“Singularidade)

de densidade e temperatura elevadíssimas

- estado primordial, a partir do qual o

Universo terá entrado em expansão

explosiva.

Teoria do Big Bang

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Isabel Duarte

– Há cerca de 15 mil milhões de anos, com o

Big Bang, nascem o espaço e o tempo.

– O Big Bang não foi uma explosão no espaço

mas sim uma explosão do espaço!

– O próprio espaço criou-se no Big Bang – não

havia qualquer espaço antes do Big Bang.

Teoria do Big Bang

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Isabel Duarte

• O Universo inicialmente muito quente e denso, foi

arrefecendo e expandindo-se, e enquanto isto acontecia,

a matéria foi-se organizando em estruturas cada vez mais

complexas.

O Universo encontra-se em expansão desde então, como

consequência dessa gigantesca explosão.

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A temperatura foi sempre diminuindo e formaram-se novas

estruturas, os neutrões e os protões, depois os núcleos atómicos,

seguidamente os átomos e depois as estrelas…

Evolução do Universo ao longo do tempo

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Isabel Duarte

• Num Universo muito quente existiam apenas radiação eletromagnética (fotões) e partículas elementares como, por exemplo, eletrões, quarks e neutrinos (partículas sem carga e praticamente sem massa).

• Permanente interconversão entre partículas (matéria) e energia.

t = 10-6 s (0,000001s) (1μs -1microsegundo) –

Temperatura>1012K (1000 000 000 000 K)

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• Não havia átomos, nem sequer os componentes do seu

núcleo (protões e neutrões), pois as altíssimas temperaturas

impossibilitavam que estes se juntassem.

• No entanto, o Universo continuava a expandir-se e a

arrefecer…

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Isabel Duarte

• A descida da

temperatura resultante

da expansão do

Universo permitiu que os

quarks se juntassem

uns aos outros em

grupos de três,

formando os primeiros

protões e de neutrões.

t = 10-4s (0,0001s); T=1012 K(1 bilião K =1000 000 000 000 K)

Formação dos protões e neutrões (os nucleões)

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tempo = 3 minutos; Temperatura =109 K (1000 000 000 K)

Formação de Núcleos

• Quando o Universo arrefeceu mais, ao fim de três minutos, os protões e os neutrões começam a associar-se, através de reações nucleares, para formar os primeiros núcleos atómicos, dos átomos mais leves: deutério e trítio e hélio– núcleossíntese primordial.

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t = 300 000 anos e T = 4000 K

Formação de átomos

• O nascimento do primeiro átomo ocorreu 300 mil anos após o Big Bang.

Os núcleos

juntaram-se

aos eletrões

formando os

primeiros

átomos.

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Formação dos primeiros átomos

• Só 300 mil anos depois do Big Bang é que a

temperatura do Universo baixou permitindo que

os núcleos atómicos (núcleos de hidrogénio,

deutério, trítio e hélio), capturassem eletrões,

até então livres, e se formassem os primeiros

átomos estáveis, de hidrogénio-1, deutério,

hélio-3 e hélio-4.

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Os primeiros átomos

• Os átomos de hidrogénio e hélio vaguearam

por milhões de anos no Universo.

• O Universo continuava a expandir-se e a

arrefecer…

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t›109anos (mil milhões de anos)

Formação de estrelas e galáxias

• Com o arrefecimento progressivo do Universo, a matéria foi-se organizando em estruturas mais complexas.

• As primeiras estrelas formaram-se um milhão de anos após o Big Bang.

• Foram necessários muitos mais milhões de anos para se formarem as galáxias e os enxames.

• Só cerca de mil milhões de anos após o Big Bang surgem as nebulosas (nuvens de gases e poeiras), as galáxias, os enxames de galáxias e as demais estruturas do Universo, que se encontram em permanente evolução.

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Isabel Duarte

O Big Bang existiu mesmo?

• Quando foi proposta a teoria do Big Bang previa que o Universo estivesse em expansão.

– Este facto foi verificado por Edwing Hubble em 1929,

as suas observações de puseram em evidência o afastamento das galáxias.

• Esta teoria previa que os elementos mais abundantes no Universo fossem o Hidrogénio e o Hélio, o que se verifica também.

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• A teoria do Big Bang defende que o Universo primordial era um lugar muito quente e conforme ele se foi expandindo o gás no interior foi arrefecendo.

• Por esta razão o Universo devia estar cheio de radiação que são os “restos” de calor inicial do Big Bang.

• Então, a teoria previa que houvesse uma radiação cósmica de fundo, devido à energia libertada na grande explosão (Big Bang).

• Com a expansão do Universo e a diminuição da temperatura essa radiação foi-se tornando muito menos energética, e chegou até nós como radiação de microondas.

• Esta radiação cósmica de fundo foi descoberta em 1964 e os autores da descoberta foram galardoados como prémio Nobel da Física.

O Big Bang existiu mesmo?

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Provas que favorecem a teoria do Big Bang

• Expansão do Universo

• Radiação cósmica de microondas

• Abundância de elementos químicos

leves no Universo (Hidrogénio e Hélio)

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Satélites que estudam a luz emitida pelas

estrelas

• Astrónomos que estão a

observar galáxias

distantes com o satélite

HST podem vê-las como

elas eram apenas poucos

biliões de anos após o Big

Bang.


Isabel Duarte

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Isabel Duarte

• A teoria do Big Bang é a teoria sobre a

origem do Universo com mais sucesso,

mas está incompleta.

– Por que ocorreu o Big Bang?

– Como ocorreu?

– O que deu origem ao Big Bang?

– Qual o destino do Universo?

Limitações da Teoria do Big Bang

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Isabel Duarte

Será o modelo da teoria do Big Bang o único modelo

consistente com as evidências apresentadas?

• Não, este modelo é apenas o mais aceite

actualmente.

• Os cientistas consideram a expansão do

Universo uma consequência do Big Bang.

• No entanto há outras teorias que tentam

explicar a expansão do Universo.

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Isabel Duarte

Como evoluirá o Universo?

• Actualmente não existem teorias

alternativas ao Big Bang que sejam

credíveis, mas existem várias hipóteses

sobre o futuro do Universo.

• A forma como o Universo irá evoluir

dependerá da sua densidade.

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Isabel Duarte

TEORIA DA EXPANSÃO PERMANENTE

Esta teoria defende que as galáxias se afastam

continuamente uma as outras e que o Universo expandir-

se-á para sempre.

Esta hipótese é corroborada por observações astronómicas recentes.

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TEORIA DO UNIVERSO OSCILANTE OU

PULSÁTIL

Segundo esta teoria, depois de uma expansão do Universo seguir-se-á uma

contracção, passando as galáxias a aproximar-se. Haverá uma contracção do

Universo, um esmagamento - Big Crunch, a que se seguirá um novo Big Bang

Big Crunch seguido

de novo Big Bang

Big Crunch seguido de

novo Big Bang

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Isabel Duarte

TEORIA DO ESTADO ESTACIONÁRIO

Esta teoria rejeita a teoria do Big Bang e defende que a expansão do

Universo é um facto porque se cria constantemente nova matéria.

Segundo esta teoria, enquanto as galáxias se afastam umas das outras,

formam-se novas galáxias no espaço entre elas a partir de nova matéria

em formação contínua.

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Isabel Duarte

Teoria do Big Bang

• As últimas descobertas feitas pelos

astrofísicos confirmam a teoria do Big

Bang.

• No entanto, esta teoria terá de ser

aperfeiçoada e completada para dar

resposta às questões que não consegue

ainda explicar.

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Isabel Duarte

Evolução do Universo

Nasce o espaço e o tempo

BIG BANG

Radiação eletromagnética

29


Isabel Duarte

SIMÕES, T. S.; QUEIRÓS, M. A. e SIMÕES, M. O., Química em Contexto, Física e

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PAIVA, J. [et al].; Física e Química A – Química 10º ano, 1ª edição, Lisboa, Texto

Editora, 2007.

RAMOS, T. S.; CASANOVA, A.; SILVA, A., Guia de Estudo Física e Química A -

Química 10º ano, Porto, Porto Editora, 2007.

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teoria do big bang

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