O Big-Bang e a radiação cósmica de fundo
O corpo negro e a radiação cósmica de fundo
Espectro do corpo negro
A radiação cósmica de fundo foi uma das primeiras previsões da teoria do Big-Bang. Em 1934 o físico Richard Tolman mostrou teoricamente que um Universo em expansão deveria estar preenchido por uma radiação térmica caracterizada pelo espectro do corpo negro. Em 1948 George Gamow e em 1950 Ralph Alpher & Robert Herman previram que essa radiação deveria estar à temperatura de 5 K. Numerosas estimativas para essa temperatura se seguiram variando entre os 3 K e os 50 K. A radiação cósmica de fundo é uma previsão chave do modelo do Big-Bang sendo a sua observação experimental mais importante, pois exclui da lista possível de modelos do Universo os modelos de Estado Estacionário (i.e. aqueles em que o Universo foi sempre o mesmo em qualquer altura).
Por esta altura os leitores já estarão a interrogar-se sobre o que é um corpo negro e o que é o espectro de radiação deste. Um corpo negro é um objecto ideal que está todo à mesma temperatura e que absorve toda a luz que incide sobre este: – nenhuma o atravessa e nenhuma é reflectida. Este objecto ideal é aproximado por uma cavidade, toda ela à mesma temperatura, munida de um pequeno buraco numa das suas paredes. A radiação electromagnética (luz) que entra no buraco irá reflectir-se diversas vezes nas paredes internas da cavidade antes de poder eventualmente sair de novo pelo buraco. Mesmo que as paredes sejam apenas parcialmente negras, este objecto como um todo parecerá completamente negro. O diagrama à direita mostra uma tal cavidade, onde um raio de luz azul é absorvido completamente e os raios a vermelho a radiação térmica que sai. Chama-se espectro do corpo negro à curva que descreve a relação entre a intensidade dos raios de luz que saem do buraco e o respectivo comprimento de onda.
O espectro da radiação do corpo negro depende apenas da temperatura, sendo este o único parâmetro a ter em conta. A temperatura é indicada pela coluna vermelha no termómetro à direita. Esta pode ser controlada clicando ou arrastando o rato sobre esta. No gráfico principal a curva mostra como varia a intensidade da radiação do corpo negro em função do comprimento de onda λ para a temperatura seleccionada. Os comprimentos de onda visíveis estão representados pelas respectivas cores no gráfico.
Todos os objectos emitem radiação de corpo negro. Normalmente tal não se nota pois os nossos olhos são sensíveis a apenas uma pequena banda do espectro electromagnético: – Um objecto tem de estar bastante quente para que comece a emitir luz visível. Este efeito só se torna perceptível quando se aquece um objecto a altas temperaturas e encontra-se ilustrado no seguinte applet, onde, movendo o cursor horizontal, pode variar a temperatura entre 0 e 10 000 K. A cor do corpo negro é a do disco Appearence do lado esquerdo do applet. À medida que se aumenta a temperatura, o disco passa do vermelho ao azul conforme o pico do espectro da radiação do corpo negro passa sucessivamente sobre o vermelho até ultrapassar o azul.
A radiação cósmica de fundo
Em 1992 a NASA lançou o satélite COBE com o fim de estudar a radiação cósmica de fundo. Os resultados experimentais, descrevendo a relação entre a intensidade da radiação cósmica de fundo e o seu comprimento de onda, apresentaram uma concordância notável com o espectro do corpo negro para a temperatura de 2.736 K:
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