Universul, imediat după Big Bang, era un loc... aglomerat. Au apărut particulele elementare, cum ar fi quarcurile (care formează protonii şi neutronii din nucleul atomilor) ori electronii. Protonii şi neutronii au format primele nuclee, pregătind terenul pentru primele elemente. Cum ştim toate acestea? Prin munca cercetătorilor în domeniul fizicii. Aceştia au creat ipoteze şi teorii privind evoluţia universului şi au efectuat experimente pentru a testa şi valida aceste teorii (folosind acceleratoare de particule, telescoape din ce în ce mai performante şi sateliţi). Ca urmare, avem astăzi o idee destul de solidă cu privire la ce s-a întâmplat imediat după naşterea universului. Iată povestea pe scurt...




1. Epoca Planck. Timpul: < 10-43 secunde

Bine aţi venit în Epoca Planck, numită după fizicianul Max Planck, care a sugerat existenţa unei unităţi fundamentale de timp.

Momentul în care universul avea vârsta de 10-43 secunde după Big Bang este numit timpul zero. Aceasta este așa-numita barieră Planck, dincolo de care, mergând spre zero, mecanica cuantică nu mai funcţionează. Perioada de la 0 la așa-zisul timp zero (de la 0 la 10-43 sec.), aşadar, se numește Epoca Planck.

După ce teoria Big Bang a căpătat popularitate, fizicienii au ajuns la concluzia că imediat după apariţie, universul era în cea mai densă şi fierbinte stare, iar cele patru forţe fundamentale - forţa electromagnetică, forţa nucleară slabă, forţa nucleară tare şi forţa gravitaţională - erau combinate într-o singură forţă. Astăzi se apreciază de mulţi cercetători că începutul universului nostru nu necesită această condiţie iniţială.


2. Universul în expansiune: Timpul: de la 10-43 secunde la 10-36 secunde

În acest stadiu, care a început în Epoca Planck, universul a intrat într-o expansiune super-rapidă, exponenţială, cunoscută sub numele de inflaţie.

Teoria inflaţiei a fost propusă în anii '80 ai secolului trecut pentru a rezolva anumite probleme ale teoriei Big Bang, care, printre altele, în ciuda popularităţii, nu explica de ce universul este plat şi uniform şi de ce diferitele părţi ale universului se află în expansiune în mod simultan.

Pe timpul inflaţiei, fluctuaţiile cuantice s-au alungit, producând un model care, ulterior, a determinat locaţiile viitoarelor galaxii. E posibil ca după această perioadă de inflaţie universul a devenit o "minge" densă şi fierbinte, după cum este descris de teoria Big Bang.


3. Particulele elementare iau naştere. Timpul: ~10-36 secunde

Pe când universul era foarte fierbinte, acesta era ca un accelerator de particule enorm, funcţionând la energii imense. În acest context au apărut particulele elementare.
[Citeşte articolul nostru care inventariază şi explică toate particulele elementare: Particulele elementare]

Fizicienii cred că întâi au apărut particule exotice, iar abia după particule familiare, precum electronii, neutrinii şi quarcurile. Este posibil ca particulele de materie întunecată să fi apărut în această perioadă.

Quarcurile s-au combinat, formând protoni şi neutroni (care sunt cunoscuţi sub denumirea de barioni).

Neutrinii au scăpat din plasma formată din particule încărcate electric, începându-şi călătoria nesfârşită prin cosmos; fotonii au rămas, însă, captivi în această plasmă.


4. Apar primele nuclee. Timpul: ~1 secundă la 3 minute

După ce universul s-a mai răcit, protonii şi neutronii s-au cuplat pentru a forma elemente uşoare, precum: hidrogenul, heliul şi litiul - un proces denumit nucleosinteza Big Bang.

Protonii sunt mai stabili decât neutronii, având o masă mai mică. În fapt, un neutron liber are o perioadă de înjumătăţire (dezintegrarea radioactivă) de 15 minute, pe când protonii nu se dezintegrează deloc, după câte ştim.

Pe măsură ce particulele se combină, mulţi protoni au rămas neîmperecheaţi. Ca rezultat, hidrogenul (protoni ce nu şi-au găsit "perechea") reprezintă 74% din materia "normală" din univers. Al doilea cel mai abundent element este heliul, care reprezintă circa 24% din materie; celelalte elemente formate sunt: deuteriul, litiul şi heliul-3 (heliu cu 2 protoni şi un neutron, heliul obişnuit având 2 protoni şi 2 neutroni).

Fizicienii au măsurat cu precizie densitatea barionilor din univers. Măsurătorile se potrivesc cu teoriile, cu o excepţie: cantităţile de litiu... Este posibil ca măsurătorile să fie nu prea precise ori poate ceva, ce nu înţelegem încă, s-a întâmplat în universul timpuriu, care a dus la schimbarea cantităţii de litiu.

 


Clic dreapta - View image (pentru o rezoluţie superioară)




5. Radiaţia cosmică de fond devine vizibilă. Timpul: 380 mii de ani de la Big Bang

Sute de mii de ani după inflaţie supa de particule s-a răcit suficient pentru a permite electronilor să se ataşeze nucleelor şi să formeze atomi neutri din punct de vedere electric. În cadrul acestui proces - cunoscut sub numele de  "recombinare" - fotonii au devenit liberi să călătorească prin univers, creând radiaţia cosmică de fond.
[Citeşte acest articol pentru a vedea cum a fost descoperită radiaţia cosmică de fond]

Astăzi radiaţia cosmică de fond reprezintă una dintre cele mai valoroase instrumente pentru cosmologi, care cercetează, prin analiza acesteia, natura inflaţiei şi cauza asimetriei dintre materie şi antimaterie din univers.

La scurt timp după ce radiaţia cosmică de fond a devenit detectabilă, particule de hidrogen neutru au creat gaz de hidrogen, prezent în tot universul. În lipsa unor obiecte cosmice care să emită fotoni de mare energie, universul a intrat într-o perioadă numită "epoca întunecată" care a durat milioane de ani.


6. Primele stele. Timpul: ~100 milioane de ani

Epoca întunecată s-a încheiat odată cu formarea primelor stele şi apariţia re-ionizării, un proces prin care fotoni cu energie mare au înlăturat electroni din atomii neutri de hidrogen.

Fizicienii cred că marea majoritate a fotonilor ionizanţi au fost generaţi de primele stele. Dar e posibil ca şi alte procese, cum ar fi coliziunile dintre particulele de materie întunecată, să fi jucat un rol.

În aceste timpuri materia începe să se agrege în primele galaxii. Galaxia noastră, Calea Lactee, conţine stele care s-au format pe când universul avea doar câteva sute de milioane de ani.


7. Apare Soarele. Timpul: 9,2 miliarde ani după Big Bang

Soarele nostru este una dintre sutele de miliarde de stele din galaxia Calea Lactee. Se apreciază că Soarele s-a creat dintr-un nor enorm de gaz format din atomi de hidrogen şi heliu.


8. Azi... Timpul: 13,8 miliarde ani de la Big Bang

Astăzi universul a ajuns la o temperatură de doar 2,7 kelvin (-270,42 Celsius). Universul se află într-o expansiune accelerată, într-o manieră similară inflaţiei (dar mult mai lentă, totuşi).

Energia întunecată, o forţă misterioasă, reprezintă circa 70% din energia din univers. Această forţă este, cel mai probabil, responsabilă de expansiunea accelerată a universului.

***

Dacă vreţi să ştiţi mai multe despre istoria formării universului, citiţi recenta serie de articole publicată pe scientia.ro pe acest subiect:
1) Formarea și evoluția structurii universului. (1) Galaxiile
2) Formarea și evoluția structurii universului. (2) Roiurile de galaxii, vidurile și filamentele galactice
3) Formarea și evoluția structurii universului. (3) Istoria evoluției universului, pe scurt


Traducere şi adaptare după: A universe is born