Fundamentos de Astronomia 5

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FUNDAMENTOS DE 
ASTRONOMIA 
AULA 5 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Daniel Guimarães Tedesco 
 
 
 
2 
CONVERSA INICIAL 
Nesta etapa abordaremos o tema da cosmogonia e cosmologia, dois 
conceitos fundamentais frequentemente confundidos, até por estudiosos. A 
cosmogonia refere-se às narrativas mitológicas de diversas culturas, antigas e 
contemporâneas, incluindo povos indígenas e algumas religiões, que buscam 
explicar a origem do universo por meio de divindades, mitos e lendas. Por outro 
lado, a cosmologia é o estudo científico que busca explicar a origem e a 
formação do universo baseando-se em teorias e evidências empíricas, sem 
recorrer a elementos mitológicos ou divinos. Este campo da ciência teve início 
na Grécia Antiga e evoluiu até a formulação da teoria do Big Bang, proposta pelo 
padre belga Georges Lemaître em 1927, como a explicação física para a origem 
do universo. 
É importante destacar que cosmogonia e cosmologia, embora distintas 
em suas abordagens sobre a origem do universo, não são necessariamente 
antagônicas. A discussão entre ciência e religião surge frequentemente, mas é 
possível conciliar crenças religiosas com a prática científica. A cosmologia, por 
exemplo, é aceita por diversas religiões contemporâneas, demonstrando que a 
busca pelo entendimento do universo pode ser complementar entre ciência e 
espiritualidade. 
A cosmogonia, com suas explicações baseadas em deuses e mitos, 
desempenhou um papel crucial no desenvolvimento do conhecimento humano, 
especialmente na observação da natureza e dos fenômenos celestes. Essas 
observações ancestrais contribuíram significativamente para o avanço da 
ciência, como evidenciado pela criação de calendários lunares e solares para 
regular atividades agrícolas, entre outros. 
A transição para uma compreensão científica do universo, marcada pela 
rejeição de explicações baseadas em divindades, foi um marco na história do 
pensamento humano. A Grécia Antiga foi pioneira nesse sentido, com o 
desenvolvimento de modelos geocêntricos e heliocêntricos que precederam a 
teoria do Big Bang. Essa evolução reflete a busca contínua por explicações 
racionais e baseadas em evidências para os fenômenos do universo. 
Atualmente, a teoria do Big Bang é amplamente aceita como a explicação 
para a origem e evolução do universo, baseada na teoria da relatividade e em 
observações astronômicas. Essa teoria, assim como qualquer outra no campo 
 
 
3 
da ciência, está sujeita a revisões e atualizações à medida que novas evidências 
são descobertas. 
Portanto, a jornada do conhecimento humano, desde as narrativas 
cosmogônicas até a cosmologia moderna, ilustra a evolução de nossa 
compreensão sobre o universo. Essa trajetória destaca a importância de manter 
uma mente aberta e inquisitiva, reconhecendo que ciência e espiritualidade 
podem oferecer perspectivas valiosas e complementares sobre a realidade que 
nos cerca. 
Falaremos das cosmogonias e cosmologia, seguindo para outras direções 
astronômicas como o paradoxo de Olbers, expansão do universo, Big Bang e a 
matéria escura. Serão cosmologias ou cosmogonias? 
TEMA 1 – COSMOGONIAS E COSMOLOGIA 
A compreensão do universo por povos antigos sempre foi buscada e, de 
fato, tem um grau de sofisticação e resultados bem satisfatórios em diversos 
casos. Cada civilização possui sua própria lenda fundadora que descreve a 
criação do mundo. Cada sociedade narra suas próprias histórias e mitos. Sejam 
eles baseados em princípios religiosos, míticos ou científicos, esses relatos 
tentam elucidar a origem do universo e moldam nossa percepção de realidade. 
Essas civilizações desenvolveram cosmogonias complexas, muitas vezes 
incorporando divindades em suas tentativas de explicar a estrutura e a dinâmica 
cósmica. As cosmogonias egípcias, por exemplo, integravam conhecimentos 
avançados do céu, relacionando eventos celestiais com fenômenos terrestres, 
como as cheias do Nilo, dois milênios antes da era comum (Redford, 1992). Este 
modelo místico permitiu aos egípcios preverem eventos astronômicos, como as 
fases da Lua e eclipses, vendo o céu como uma manifestação dos deuses 
(Shafer, 1991). 
 
 
 
4 
Figura 1 – Hipótese das pirâmides alinhadas com o cinturão de Órion 
 
Créditos: Elena11/Shutterstock. 
A sofisticação dessas cosmogonias reflete uma compreensão profunda 
do mundo natural, vinculada a sistemas religiosos e filosóficos complexos. Por 
exemplo, na cosmogonia egípcia, Geb, personificando a Terra, suportava o 
universo, enquanto Shu, representando o ar, sustentava Nut, a deusa do céu. 
Essa visão de mundo não apenas explicava a ordem natural, mas também 
regulava o calendário agrícola e as práticas religiosas, demonstrando uma 
integração entre observação astronômica, mitologia e governança social 
(Hornung, 1999). 
Além disso, as cosmogonias não se limitavam ao Egito antigo. Em outras 
culturas, como na Grécia antiga, narrativas sobre a origem e a ordem do cosmos 
também desempenhavam papéis fundamentais na explicação do mundo natural 
e na orientação das práticas sociais e religiosas (Bremmer, 1987). 
Na narrativa mítica grega, o universo emerge inicialmente do Caos, um 
vasto abismo de desordem e vazio. Dentro desse vazio primordial, emergem 
figuras centrais, como Érebo, associado às sombras e profundezas onde reside 
a morte, e Nix, associada à personificação da noite. Este estágio primordial é 
caracterizado por uma quietude absoluta e pela ausência de vida. Segue-se o 
nascimento de Eros, o deus do amor, cuja presença introduz uma dinâmica de 
atração e ordem no universo. Com ele, surgem a Luz e o Dia, marcando o início 
da existência de elementos mais tangíveis e a formação da terra, personificada 
por Gaia. 
 
 
5 
Gaia, como entidade autogeradora, dá origem a Urano, o céu estrelado, 
que se torna seu parceiro e a envolve completamente, representando a união 
primordial do céu e da terra. Desta união entre Gaia e Urano, nascem várias 
proles, incluindo os Titãs, seres poderosos que precedem os deuses olímpicos; 
os Ciclopes, gigantes de um único olho; e os Hecatonquiros, criaturas de cem 
mãos e cinquenta cabeças. Estes seres juntos compõem a genealogia divina e 
mítica, que estabelece as fundações para a complexa mitologia grega, repleta 
de deuses, heróis e monstros (Bremmer, 1987). 
A cosmogonia dos Caiapós, um povo indígena do Brasil, narra uma 
fascinante jornada de descoberta e transformação. Inicialmente, esse povo vivia 
em uma realidade desprovida de elementos naturais vitais como o Sol e a Lua, 
assim como de florestas e peixes, elementos essenciais para a sobrevivência e 
bem-estar de qualquer comunidade. A virada na história ocorre quando um 
indígena, em busca de um tatu, se aventura além dos limites conhecidos de sua 
aldeia. Durante a perseguição, o tatu, que gradativamente aumenta de tamanho, 
começa a cavar um buraco profundo. Movido pela curiosidade e determinação, 
o indígena segue o animal através do túnel escavado, emergindo em um mundo 
novo e luminoso, repleto de vida, cores e sons. Este mundo é habitado por 
florestas densas, aves cantantes e borboletas coloridas, marcando um contraste 
dramático com a realidade anteriormente conhecida por ele. A experiência do 
indígena se transforma ainda mais com a alternância entre o dia e a noite, 
simbolizada pelo desaparecimento do Sol e o surgimento da Lua. Esse ciclo 
natural, antes desconhecido para ele e seu povo, revela a existência de um ritmo 
universal de tempo e renovação. Ao retornar para sua aldeia, o indígena não 
apenas relata suas descobertas maravilhosas, mas também motiva sua 
comunidade a embarcar na mesma jornada em busca desse mundo recém-
descoberto. A narrativa sugere uma metáfora profunda sobre a busca humana 
por conhecimento, renovação e a constante busca por um mundo melhor 
(Pietrocola et al., 2016). 
Essas histórias eram profundamente enraizadas nasobservações 
astronômicas e na tentativa de entender a relação entre o céu e a Terra, 
refletindo uma universalidade na busca humana por compreender nosso lugar 
no universo. Ao examinar as cosmogonias por meio de uma lente respeitosa, 
podemos apreciar a sofisticação com que os povos antigos procuravam explicar 
e interagir com o universo ao seu redor. 
 
 
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TEMA 2 – PARADOXO DE OLBERS 
O paradoxo de Olbers é uma questão antiga que lida com a aparente 
contradição entre a escuridão do céu noturno e a presença de incontáveis 
estrelas no universo. A explicação para esse paradoxo está enraizada na 
compreensão da finitude do universo tanto em termos de idade quanto de 
expansão. O universo não é infinitamente antigo; tem uma idade estimada de 
aproximadamente 13,8 bilhões de anos. Isso significa que só podemos ver a luz 
de estrelas que tiveram tempo suficiente para viajar até nós desde o início do 
universo. Além disso, a expansão do universo desempenha um papel crítico, 
pois estrelas mais distantes estão se afastando de nós, fazendo com que sua luz 
seja deslocada para o vermelho (redshifted) e, em alguns casos, estenda-se para 
fora do espectro visível. 
O paradoxo de Olbers tem sido um tema de interesse contínuo na 
cosmologia, levantando questões fundamentais sobre a natureza do universo e 
a distribuição de estrelas. Este paradoxo, que questiona por que o céu noturno 
é escuro se o universo contém um número infinito de estrelas, tem desafiado os 
astrônomos e cosmólogos por séculos. As pesquisas recentes abordam o 
paradoxo de várias maneiras, oferecendo insights sobre a estrutura do universo 
e os princípios que regem sua expansão e idade finita. 
Do ponto de vista da Análise da Distribuição de Galáxias, Zaninetti (2015) 
explora o paradoxo de Olbers através da análise da distribuição de galáxias, 
usando o catálogo 2MASS Redshift Survey (2MRS), e compara a intensidade 
finita da luz obtida com a intensidade do fundo extra-galáctico a 520 nm, 
contribuindo para a compreensão de como a distribuição de galáxias influencia 
a visibilidade do céu noturno (Zaninetti, 2015). 
De forma única, falando sobre a história e interpretação do Paradoxo, Jaki 
(1967) discute a história do paradoxo de Olbers, destacando a variância com as 
visões originais de Olbers e a frequente referência feita pelos proponentes da 
teoria do estado estacionário, ilustrando a manipulação frequentemente não 
científica dos dados da história científica por parte dos cientistas (Jaki, 1967). 
E, para fechar, a densidade estelar e modelo teórico: Xue-ren (2001) 
analisa o modelo teórico sobre o paradoxo de Olbers, concluindo que considerar 
a densidade numérica estelar no Universo como constante não está em 
conformidade com os resultados das observações astrofísicas, sugerindo uma 
 
 
7 
revisão da hipótese que leva a densidade de energia da radiação estelar total ao 
infinito (Wan Xue-ren, 2001). 
A resposta mais aceita para este paradoxo vem da última discussão de 
Zaninetti (2015) e de Arpino e Scardigli (2000), limitando a luz que nos alcança 
apenas às estrelas dentro desse intervalo temporal, que está em expansão. Isso 
dilui a radiação estelar e desloca sua luz para o vermelho, contribuindo para o 
céu noturno escuro. 
Figura 2 – Primeira imagem do James Webb 
 
Créditos: cometa geo/Shutterstock. 
 
 
 
 
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2.1 Princípio cosmológico e a radiação cósmica de fundo 
A observação de que o universo está em expansão leva à constatação de 
sua isotropia em escalas macroscópicas, um conceito central para muitas teorias 
cosmológicas. Estas teorias frequentemente baseiam-se no Princípio 
Cosmológico, que argumenta por um universo homogêneo e isotrópico em 
grandes escalas: 
• Homogeneidade significa que a densidade do universo é 
consistentemente a mesma quando vista em larga escala. 
• Isotropia refere-se à uniformidade na aparência do universo, 
independente da direção observada. 
A combinação desses conceitos sugere um universo sem direções ou 
locais privilegiados. Entretanto, é crucial reconhecer que o Princípio 
Cosmológico não se mantém em escalas menores. Por exemplo, observar uma 
área que inclui apenas a Terra e a Lua revelaria densidades extremamente altas 
separadas por vastos espaços vazios. Similarmente, a densidade em planetas e 
estrelas excede em muito a densidade média de seus sistemas solares ou 
galáxias, respectivamente. No entanto, ao examinar o universo em escalas de 
milhões a bilhões de anos-luz, percebemos uma distribuição de matéria que 
tende à uniformidade, validando o Princípio Cosmológico nessas dimensões. 
Figura 3 – Mapeamento da radiação cósmica: satélite WMAP 
 
Crédito: Equipe de arquivo NASA/LAMBDA. 
 
 
9 
De acordo com o modelo de expansão do universo e o princípio 
cosmológico, espera-se a existência de radiação remanescente do início do 
universo. Essa previsão foi confirmada acidentalmente por Penzias e Wilson, 
que enfrentaram persistentes ruídos de fundo durante a calibração de uma 
antena de micro-ondas, ruído este que não variava independentemente da 
direção para a qual a antena era apontada. Ao tomarem conhecimento das 
pesquisas conduzidas pelo grupo de Princeton, liderado por Dicke, perceberam 
que o “ruído” inesperado era, na verdade, a radiação cósmica de fundo, um eco 
do Big Bang, confirmando uma previsão fundamental dos modelos 
cosmológicos1. 
Figura 4 – Espectro da radiação cósmica de fundo 
 
A Figura 3 mostra os resultados do satélite WMAP2, que mostra o 
mapeamento da radiação remanescente do início do universo, indicando a 
isotropia do universo. Isto seria um mapa das temperaturas do céu em diferentes 
direções, excluindo fontes provenientes da Via Láctea e de outras galáxias. É 
 
1 Penzias e Wilson encontraram um problema inesperado: um ninho de pombos havia sido 
construído no interior da antena. 
2 Wilkinson Microwave Anisotropy Probe. 
 
 
10 
interessante ressaltar que a anisotropia medida é de 𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏, consideravelmente 
pequena, demonstrando o princípio cosmológico. Já a Figura 4 mostra o 
espectro da radiação cósmica de fundo, que é basicamente um modelo exato de 
corpo negro com temperatura de 2,728K, em um gráfico do fluxo 
eletromagnético3 em função da frequência. 
TEMA 3 – EXPANSÃO DO UNIVERSO 
A expansão do universo, um conceito fundamental na cosmologia, foi 
empiricamente vista pela primeira vez por Edwin Hubble em 1929. Hubble 
observou que galáxias distantes se afastam da Terra a velocidades que são 
proporcionais à sua distância, um fenômeno conhecido como redshift ou desvio 
para o vermelho. Este princípio fundamental, agora conhecido como Lei de 
Hubble, sugere que o universo está em constante expansão, aumentando em 
volume ao longo do tempo (Kirshner, 2003; Bahcall, 2015). Essa descoberta 
forneceu a primeira evidência observacional direta para teorias de expansão do 
universo previamente propostas por teóricos como Alexander Friedmann e 
Georges Lemaître nas décadas anteriores (Freedman, 1999; Roos, 2008). 
Por outro lado, a hipótese de um universo estático, ou Teoria do Estado 
Estacionário, foi desafiada por essas observações. Essa teoria, que propunha 
um universo imutável e homogêneo em todas as direções, teve que ser revisada 
para acomodar a expansão observada, sugerindo a criação contínua de matéria 
para manter a densidade do universo constante. No entanto, com o advento da 
Teoria do Big Bang, inicialmente proposta por Friedmann e Lemaître, e 
posteriormente corroborada por evidências adicionais como a descoberta da 
radiação cósmica de fundo por Arno Penzias e Robert Wilson, a visão de um 
universo em expansão tornou-se predominante na cosmologia contemporânea 
(Moresco et al., 2010; Moresco, 2016). 
Quanto ao destino do universo, existem teorias que especulam desde 
uma expansão contínua infinita até uma eventual retração ou Big Crunch, 
dependendo da densidade total do universoe da natureza da energia escura. 
Observações recentes sugerem uma expansão acelerada do universo, 
impulsionada pela energia escura, um componente misterioso que domina a 
densidade de energia do cosmos (Guzzo et al., 2008; Parker; Raval, 1999). 
 
3 MJy/sr é a abreviação de megaJansky por esterradiano, uma unidade de medida usada para 
fluxo eletromagnético por ângulo sólido na Astronomia. 
 
 
11 
A Lei de Hubble, juntamente com subsequentes descobertas e 
desenvolvimentos teóricos, representa um pilar central na compreensão 
moderna do universo, delineando um cosmos dinâmico e em constante 
evolução, desafiando conceitos anteriores de um universo estático e imutável. 
TEMA 4 – BIG BANG 
Para finalizar, apresentaremos de forma objetiva o modelo Lambda-CDM, 
que é o modelo que atualmente faz a melhor modelagem matemática do universo 
conhecido. O resumo da dinâmica do universo pode ser visto na Figura 5. 
Figura 5 – História do universo primordial 
 
Crédito: Equipe Científica da NASA/WMAP. 
• Condições iniciais e período pré-planckiano (𝒕𝒕 = 𝟎𝟎𝟎𝟎): início incerto com 
flutuações quânticas dominantes. O espaço-tempo indescritível em 
termos clássicos até 𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟒𝟒𝟒𝟒𝟎𝟎. 
• Emergência do espaço-tempo (𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟒𝟒𝟒𝟒𝟎𝟎): pouca informação sobre a 
geometria quântica. 
• Expansão inflacionária (𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟒𝟒𝟒𝟒𝟎𝟎): expansão exponencial rápida 
introduzida por Alan Guth, influenciada pelo campo escalar inflaton. 
 
 
12 
• Fim da inflação e reaquecimento: período pós-inflação em que as 
partículas e campos fundamentais são formados. 
• Bariogênese (𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟏𝟏𝟏𝟏𝟎𝟎): início da bariogênese e fim da Grande 
Unificação, marcando a unificação de todas as forças fundamentais. 
• Transição Quark-Hádron (𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟕𝟕𝟎𝟎): fase de transição da 
Cromodinâmica Quântica (QCD), essencial em modelos de plasma de 
quarks e glúons. 
• Condensação dos núcleons (𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟔𝟔𝟎𝟎): início da condensação núcleo. 
• Nucleossíntese (𝟏𝟏 → 𝟓𝟓𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎𝟎): formação de núcleos atômicos a partir de um 
plasma de nêutrons, prótons, elétrons, fótons e neutrinos. Sucesso em 
prever a abundância de elementos leves. 
• Condensação de átomos e era das trevas (𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎𝟓𝟓 𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝟎𝟎): transição para 
um universo de átomos neutros, marcando a era das trevas até o 
surgimento das primeiras estrelas. 
• Formação de estrelas e galáxias (𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎𝟏𝟏 𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝟎𝟎): início da evolução 
astrofísica com a formação de estrelas e galáxias. 
• Estado atual do universo (𝒕𝒕 = 𝟏𝟏𝟎𝟎𝟏𝟏𝟎𝟎 𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝒂𝟎𝟎): o universo conforme observado 
hoje. 
A narrativa da história do universo, conforme delineada pelo modelo 
Lambda-CDM, abrange uma série de etapas complexas, cada uma com suas 
particularidades e sendo atualmente campo de intensa pesquisa. Este modelo, 
que serve como um compêndio didático para a compreensão cosmológica, 
engloba uma multiplicidade de aspectos, em que cada detalhe pode ser visto 
como uma subdisciplina específica dentro da Física. 
Apesar dos avanços significativos permitidos por este modelo, ainda 
enfrentamos grandes desafios, especialmente na exploração dos 5% da matéria 
bariônica que compreendemos, sem considerar a ausência de uma teoria de 
gravitação quântica que se alinhe de maneira consistente aos dados 
observacionais. 
TEMA 5 – A MATÉRIA ESCURA E A ENERGIA ESCURA: UNIVERSO 
(DES)CONHECIDO 
Até o início dos anos 1990, a cosmologia operava sob a premissa de que 
o universo, influenciado apenas por matéria e radiação, se expandia de maneira 
 
 
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desacelerada, ou caminhava para um eventual colapso total, conhecido como 
modelo do Big Crunch. Contudo, observações realizadas pelo telescópio Hubble 
de supernovas do tipo 1A distantes revelaram uma expansão acelerada do 
universo. Esse achado reacendeu o interesse na constante cosmológica Λ, um 
termo previamente considerado desagradável nas equações da dinâmica 
cosmológica. Essa constante, que introduz um efeito antigravitacional, contradiz 
a expectativa de uma desaceleração e sugere uma força repulsiva que acelera 
a expansão universal. Em síntese, um termo inserido nas equações da 
relatividade geral de Einstein, inicialmente considerado como uma peculiaridade, 
agora oferece uma explicação viável para a aceleração observada na expansão 
do universo. 
5.1 O universo (des)conhecido 
Como se fosse uma peça pregada pela natureza, nosso conhecimento 
atual abrange apenas aproximadamente 5% da matéria do universo, conhecida 
como matéria bariônica. Essa constatação atua como um lembrete humilde de 
nossas limitações ao tentar compreender a complexidade do cosmos. Nesse 
contexto, os satélites WMAP e Planck desempenharam papéis cruciais ao 
mapear a radiação cósmica de fundo, fornecendo insights sobre a estrutura do 
universo. Suas observações indicaram que vivemos em um universo 
geometricamente plano e contribuíram para a estimativa das porcentagens da 
densidade crítica do universo, conforme detalhado na Figura 6. 
Figura 6 – Porcentagens da densidade crítica 
 
O modelo utilizado é o chamado Lambda-CDM, que assume a existência 
da energia escura atrelada à constante cosmológica Λ e é ajustado com 6 
 
 
14 
parâmetros básicos, que ajustam um modelo coerente baseado na radiação 
cósmica de fundo mensurada. 
Com a constante de Hubble estimada em 𝟕𝟕𝟎𝟎 ± 𝟓𝟓 𝒌𝒌𝒌𝒌/𝟎𝟎 por Mpc, a 
densidade crítica de energia do universo é de aproximadamente 𝟏𝟏,𝟐𝟐𝟏𝟏 × 𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟏𝟏𝟎𝟎 𝑱𝑱/
𝒌𝒌𝟒𝟒, equivalente a uma densidade de massa crítica de cerca de 𝟎𝟎,𝟗𝟗𝟐𝟐 × 𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟐𝟐𝟔𝟔𝒌𝒌𝒌𝒌/
𝒌𝒌𝟒𝟒. Isso sugere a presença de um átomo de hidrogênio por metro cúbico em 
média. No entanto, a densidade de massa observável é menor, cerca de 
𝟏𝟏𝟎𝟎−𝟐𝟐𝟏𝟏𝒌𝒌𝒌𝒌/𝒌𝒌𝟒𝟒, indicando que a matéria visível constitui apenas uma fração do 
total. A existência de matéria escura, proposta inicialmente por Fritz Zwicky em 
1937 e posteriormente confirmada por Vera Rubin nos anos 1980, sugere que 
há significativamente mais massa no universo do que a visível, contribuindo para 
a gravidade e influenciando as velocidades das galáxias em aglomerados e a 
rotação das galáxias individuais, contrariando as expectativas baseadas apenas 
na matéria visível. 
Figura 7 – Curva de rotação observada versus curva de rotação teórica 
 
Crédito: Stefania.deluca/CC-PD. 
A existência da matéria escura é inferida a partir de seu efeito 
gravitacional em objetos cósmicos, dado que ela não emite luz nem qualquer 
outra forma de radiação eletromagnética. Sua presença é deduzida analisando-
 
 
15 
se o movimento de estrelas dentro de galáxias, o movimento de galáxias em 
aglomerados e o impacto na curvatura da luz (lentes gravitacionais). Estas 
observações, quando examinadas sob a lei da gravitação, revelam que a massa 
total influenciando esses movimentos excede em muito a massa observável, 
composta por estrelas e gás. 
Figura 8 – Aglomerado Bala e a prova direta de matéria escura 
 
Crédito: Raio X: NASA/CXC/Markevitch et al. 
A Figura 8 ilustra o aglomerado 1E 0657-56, conhecido como aglomerado 
da Bala, um evento de alta energia resultante da fusão de dois aglomerados, 
observado através de raios-X e lentes gravitacionais. A imagem, capturada pelo 
telescópio Chandra, exibe em rosa as regiões de gás quente, indicando a 
localização da maior parte da matéria bariônica nos aglomerados. A forma de 
bala à direita representa o gás quente de um aglomerado que atravessou o outro 
durante a colisão. Imagens ópticas do Telescópio Espacial Hubble e do Magellan 
mostram as galáxias em tons de laranja e branco, enquanto as áreas em azul 
revelam a distribuição de massa determinada pelo efeito de lentes gravitacionais, 
que distorce a luz de objetos distantes. Esta distribuição de massa (em azul) está 
distinta da matéria bariônica (em rosa), evidenciandoque a maior parte da massa 
 
 
16 
nos aglomerados é composta por matéria escura. A natureza exata da matéria 
escura, que não interage com a luz, não é o foco deste estudo. 
5.2 Energia escura 
A energia escura é uma forma desconhecida de energia que afeta o 
universo em larga escala, sendo a principal responsável pela expansão 
acelerada do universo. De acordo com o modelo cosmológico Lambda-CDM, a 
energia escura é o componente dominante do universo, contribuindo com cerca 
de 68% da energia total no universo observável atual, enquanto a matéria escura 
e a matéria ordinária (bariônica) contribuem com 26% e 5%, respectivamente. A 
densidade da energia escura é muito baixa, mas domina o conteúdo de massa-
energia do universo devido à sua uniformidade no espaço. 
A primeira evidência observacional da existência da energia escura veio 
de medições de supernovas do tipo Ia, que possuem luminosidade constante e 
podem ser usadas como medidas precisas de distância. Essas medições, 
comparadas ao desvio para o vermelho (que mede a velocidade com que a 
supernova se afasta), mostraram que a expansão do universo está acelerando. 
Antes dessa observação, acreditava-se que a atração gravitacional da matéria e 
energia no universo desaceleraria a expansão do universo ao longo do tempo. 
A natureza exata da energia escura permanece um mistério, com várias 
teorias propostas para explicá-la, incluindo a constante cosmológica 
(representando uma densidade de energia constante que preenche o espaço 
homogeneamente) e campos escalares (quantidades dinâmicas com 
densidades de energia que variam no tempo e no espaço). A investigação da 
energia escura é um dos maiores esforços na cosmologia observacional atual, 
visando entender como a taxa de expansão do universo muda ao longo do tempo 
e do espaço. 
 
 
 
 
 
 
 
17 
Figura 9 – Modelos de Universo 
 
Disponível em: . Acesso em: 25 mar. 
2024. 
NA PRÁTICA 
Vamos entender o Big Bang e a expansão do universo? Reconheça que, 
apesar de seu nome, o Big Bang não se refere a uma explosão no sentido 
convencional, mas a uma rápida expansão do espaço-tempo. 
Experimento 1: Demonstração da expansão do universo e distribuição de 
matéria e energia 
Materiais: 
• Duas bexigas; 
• Bomba de encher pneu de bicicleta; 
• Bolinhas de papel; 
• Canetinhas de ponta espessa. 
Procedimentos: 
 
 
18 
1. Pegue uma das bexigas e insira várias bolinhas de papel pequenas dentro 
dela. 
2. Utilize a bomba de encher pneu para inflar a bexiga até que ela estoure. 
As bolinhas de papel representam a matéria e a energia do universo. 
3. Observe como, ao estourar, as bolinhas de papel se espalham em todas 
as direções, simulando a rápida expansão do universo após o Big Bang, 
em que galáxias e aglomerados de galáxias se formaram e se distribuíram 
por todo o universo. 
Experimento 2: Visualização da expansão do universo e o movimento das 
galáxias 
Materiais: 
• Uma bexiga; 
• Canetinhas de ponta espessa. 
Procedimentos: 
1. Com a segunda bexiga ainda vazia, utilize as canetinhas para desenhar 
bolinhas e manchas em toda a superfície da bexiga. Estes desenhos 
representarão galáxias e aglomerados de galáxias. Varie os tamanhos e 
as distâncias entre eles para uma simulação mais realista. 
2. Escolha uma das bolinhas ou manchinhas desenhadas para ser sua 
referência. 
3. Comece a inflar a bexiga gradativamente com a bomba de encher pneu. 
Observe como as bolinhas e manchas próximas à sua referência se 
afastam lentamente, enquanto aquelas mais distantes parecem se afastar 
mais rapidamente. 
4. Através dessa observação, entenda que, na expansão do universo, as 
galáxias mais próximas à Via Láctea (sua referência) se afastam a uma 
velocidade menor em comparação às galáxias mais distantes, que se 
afastam a velocidades maiores, algumas até próximas à velocidade da 
luz. 
Estes experimentos simples oferecem uma maneira dinâmica e visual de 
compreender a expansão do universo desde o Big Bang, demonstrando a 
distribuição da matéria e energia e o movimento relativo das galáxias em um 
universo em expansão. 
 
 
19 
FINALIZANDO 
Nesta etapa, falamos sobre alguns conceitos da astronomia, incluindo a 
distinção entre cosmogonia e cosmologia, a evolução do entendimento humano 
sobre o universo desde narrativas mitológicas até teorias científicas 
contemporâneas como a do Big Bang, e a expansão do universo. Discutiu-se 
também a interação entre ciência e espiritualidade, a importância das 
observações astronômicas antigas, o paradoxo de Olbers, e o modelo Lambda-
CDM para explicar a dinâmica do universo. Além disso, foram mencionados 
experimentos práticos para ilustrar a expansão do universo e a distribuição de 
matéria e energia. 
 
 
 
20 
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	CONVERSA INICIAL
	TEMA 1 – COSMOGONIAS E COSMOLOGIA
	TEMA 2 – PARADOXO DE OLBERS
	2.1 Princípio cosmológico e a radiação cósmica de fundo
	TEMA 3 – EXPANSÃO DO UNIVERSO
	TEMA 4 – BIG BANG
	TEMA 5 – A MATÉRIA ESCURAE A ENERGIA ESCURA: UNIVERSO (DES)CONHECIDO
	5.1 O universo (des)conhecido
	5.2 Energia escura
	NA PRÁTICA
	FINALIZANDO
	REFERÊNCIAS