A Era de Plank
Esta fase ocorreu quando a idade do Universo era inferior a cerca de 10⁻⁴³ segundos (Que corresponde a ordem de grandeza do Tempo de Plank @ 5,39 . 10⁻⁴⁴s). Esse Universo primordial era formado apenas por radiação eletromagnética (luz).
No final da Era de Plank o Universo tinha um diâmetro da ordem de 10-35m (que corresponde a ordem de grandeza do Comprimento de Plank @ 1,62 .10-35m).
Na Física quântica, 10-43segundo é a menor quantidade de tempo possível, o "tempo de Planck". Proposto por Max Planck, um dos fundadores da Física Quântica.
Nessa teoria, a energia existe em pequeníssimos pacotes, o quantum (quanta corresponde ao plural). O tempo não transcorreria continuamente, mas em pequeníssimos saltos com duração do "tempo de Planck" (5,39 . 10⁻⁴⁴s).
O quantum é chamado de fóton (partículas de pura energia). Na era de Planck, o Universo era formado apenas por fótons com diferentes energias.
Nesse período havia apenas uma única força no Universo, e após os primeiros 10-43segundo a temperatura chegava aos inacreditáveis 1033 oCelsius. Esse inimaginável período do Universo é conhecido como a "Era de Plank".
A Era da Grande Unificação
Esse período vai de 10-43s até 10-33s do Universo.
Até quase o final dessa era (10-35s) as quatros forças da natureza (gravitacional, eletromagnética, forte, e fraca) eram unificadas (uma única "super-força").
Nessa era, o Universo passou a se expandir muito rapidamente, a chamada a inflação cósmica., que continua até a idade atual do Universo, embora com taxa menor. A expansão do Universo faz a temperatura baixar continuamente.
Mas o que provocou a inflação? Novas ideias tentam explicá-la, mas não entraremos nesse tema agora.
Após 10-35s, a força gravitacional se separou da super-força, e passaram a existir duas forças, a da gravidade e a eletronuclear.
No final dessa era, quando a temperatura do Universo já tinha baixado para cerca de 1026K, a força forte se separou da eletronuclear , passando a existir três forças: gravidade, eletrofraca e forte.
Por fim, a força fraca se separa da eletrofraca, passando a existir quatros forças separadas, como conhecemos hoje:
- Força Gravitacional,
- Força Eletromagnética,
- Força Nuclear Forte,
- Força Nuclear Fraca.
No final desse período, parte da energia do Universo se condensou em partículas (matéria) e antipartículas (antimatéria*), que voltavam a se transformar novamente em energia. Tudo era muito instável.
* Cada partícula elementar que conhecemos possui uma antipartícula com propriedades opostas. O pósitron, por exemplo, é a antimatéria do elétron, portanto, possui o mesmo tamanho, mesma rotação, mesmo massa, mas carga elétrica de sinal oposto (seria equivalente a um elétron positivo).
Era Hádron
Entre 10-34s e 10-4s da idade do Universo, conforme a temperatura baixava, parte da energia do Universo se condensou definitivamente em em partículas de matéria, os férmions.
Nesse período surgiram partículas chamadas de quarks (que são férmions) e suas antipartículas, anti-quarks.
Sabe-se que surgiram 6 tipos de quarks: up, down, estranho, charme, bottom e top, e suas respectivas anti-partículas (anti-up, anti-down, anti-estranho, anti-charme, anti-bottom e anti-top).
Conforme o Universo se expandia e a temperatura aos poucos diminuía, quarks e antiquarks passaram a se ligar em duplas, formando partículas mais "pesadas" chamadas mésons.
Também se ligavam em trios, formando partículas ainda mais "pesadas" chamadas bárions. Esse tipo de ligação deu origem aos prótons e nêutrons (também a anti-prótons e anti-nêutrons).
Mésons e bárions são chamados de hádrons, daí o nome dado "Era Hádron".
Prótons e Nêutrons são bárions. Os prótons são formados por 2 quarks up e 1 down. Os nêutrons são formados por 2 quarks dow e 1 up:
Atualmente os quarks não são encontrados em forma livre, apenas ligados como mésons e bárions.
Era Lépton
Entre 7 . 10-5s (~10-4s) e 5s da idade do Universo, conforme ele continuava a se expandir, e a temperatura continuava a baixar, surgiram também partículas mais "leves" chamadas de léptons (e as suas respectivas anti-partículas):
- elétron (pósitron, ou anti-elétron)
- múon (anti-múon)
- tau (anti-tau)
- neutrino do elétron (antineutrino do elétron)
- neutrino do elétron (antineutrino do elétron)
- neutrino do múon (antineutrino do múon)
- neutrino do tau (antineutrino do tau)
- neutrino do tau (antineutrino do tau)
Os léptons podem existir sem a companhia de outras partículas. Diferentemente, os quarks, nessa fase do Universo, passaram a existir somente ligados como hádrons.
Na era leptônica elétrons e pósitrons são continuamente criados e aniquilados. Tudo está em equilíbrio térmico e existem aproximadamente números iguais de fótons, elétrons, pósitrons e neutrinos.
Mergulhados nesse meio denso e fervente formado por fótons (partículas de radiação, luz) e léptons (inclusive os elétrons) estão os prótons e nêutrons.
Nesse meio caótico, quando um nêutron encontrava um pósitron (anti-elétron) se fundiam em um próton, liberando um anti-neutrino. Quando um próton encontrava um elétron se fundiam em um nêutron, liberando um neutrino. Os prótons e nêutrons existiam na mesma quantidade.
Percebam que todas as partículas constituintes do átomo passaram a existir nesse período (prótons, nêutrons e elétrons). No entanto, a temperatura altíssima ainda não permitia que se ligassem para formar os átomos.
Esse período foi chamado de "Era Lépton" (ou, Leptônica)
Lembre-se! Temperatura corresponde ao grau de agitação térmica das partículas.
Dos primeiros segundos do Universo a 3x1010s, todas as forças conhecidas atualmente já atuavam:
a) Força Gravitacional (Atração entre massas)
b) Força Eletromagnética(Atração e repulsão elétrica e magnética, devido às cargas elétricas positivas e negativas)
c) Força Forte (Fortíssima atração entre os hádrons, como a ligação entre os quarks, e entre prótons e nêutrons no núcleo de um átomo)
d) Força Fraca (responsável pela transformação de um tipo de partícula em outra(s), chamado decaimento.
Os quarks interagem principalmente devido a uma propriedade chamada "cor". Corresponde a um tipo deferente de "carga", a "carga colorida". Existem 3 cores de carga: vermelha, verde e azul, podendo ainda ter carga elétrica positiva ou negativa (± vermelha, ± verde e ± azul).
As cargas coloridas são responsáveis pela interação forte (Força Forte).
A força fraca está ligada a o decaimento de um nêutron, por exemplo. O nêutron pode decair em um próton, um elétron e um antineutrino do elétron.
Era da Nucleossíntese
Nos primeiros segundos do universo, as altíssimas temperaturas permitiram que as partículas e antipartículas (matéria e antimatéria) coexistissem em iguais proporções. Mas a partir de certo momento e da temperatura menor, a matéria e antimatéria se aniquilaram quase por completo, sobrando apenas uma pequena "pequena" fração da matéria, devido a uma assimetria que se tentamos compreender.
A aniquilação da antimatéria pela matéria, e consequentemente diminuição do número de elétrons e pósitrons, e o fato da temperatura menor que 10⁹K ter favorecido o decaimento de nêutrons em prótons (decaimento ß⁻) fizeram com que o número de prótons superasse em muito a dos nêutrons.
Entre 5s e 100s da cronologia do Universo e com sua temperatura "menor", a força forte passa a ligar os prótons e nêutrons, formando partículas que iriam se tornar os núcleos dos átomos mais leves que conhecemos: hidrogênio, hélio.
Na era da nucleossíntese, a força forte passou a ligar 1 próton a 1 nêutron, formando os núcleos dos átomos do hidrogênio conhecido como deutério (²H).
Em seguida, o ainda diminuto volume do Univeso e sua imensa temperatura, fez com que a força forte passasse a ligar também os núcleos de deutério, fazendo surgir os núcleos dos átomos de Hélio (⁴Hₑ), que têm a 2 prótons e 2 nêutrons no núcleo.
Estes processos não cessaram até que todos os nêutrons do Universo passaram a ficar presos nos núcleos dos átomos de hélio.
Os prótons remanescentes que não encontraram outros nêutrons que pudessem se ligar foram aqueles que deram origem aos núcleos dos átomos de hidrogênio conhecidos como prótio (¹H); ou seja, aqueles em que os núcleos têm apenas um próton. Esse isótopo do hidrogênio se tornou a substância mais abundante do Universo.
Entre 3x1010s e 3x1013s a temperatura do Universo caiu de 6x104 oC para 103 oC. Está faixa permitiu que os primeiros átomos surgissem. Ou seja, que elétrons (leptons) atraídos pelos prótons do núcleo (através da força eletromagnética) formassem uma "nuvem eletrônica" ao seu redor.
A partir de então, o Universo passa a ser povoado por uma grande quantidade de átomos de hidrogênio, e um número bem menor de átomos de hélio.
As Protogaláxias
Desde os estágios iniciais da expansão do Universo, pequenas flutuações de densidade de matéria fizeram com que a matéria se concentrasse em algumas regiões chamadas de protogaláxias, ou protoaglomerados.
Essas protogaláxias correspondiam a gigantescas nuvens formadas basicamente do hidrogênio que tinha sido formado. A gravidade passou a concentrá-las em regiões ainda menores onde milhões, bilhões de estrelas começaram a nascer, evoluir, produzir novos átomos ainda mais pesados dentro delas, morrer em enormes explosões, e espalhar esses novos átomos naquelas nuvens.
