Ano Internacional da Luz

A luz cósmica: primordial e perene


C. Sofia Carvalho

Imagina que dispunhas de um telescópio [1] que observa comprimentos de onda desde o milímetro a alguns centímetros e o apontavas para direcções aleatórias do céu. Em qualquer direcção, observarias um espectro característico de corpo negro com uma temperatura em torno de 2.725 graus Kelvin, em 95% dos casos entre 2.724 e 2.726. Recordo-te que zero graus celsius corresponde a 273.15 graus Kelvin. Desta observação concluirias que estamos imersos num banho de luz extraordinariamente fria e isotrópica, comummente designada por radiação cósmica de micro-ondas.

Imagina que dispunhas também de um telescópico [2] que observa comprimentos de onda desde algumas décimas de nanómetro a nanómetros e o apontavas também para direcções aleatórias do céu. Conforme a direcção que apontasses, observarias ora filamentos densamente povoados de galáxias ora volumes quase vazios, padrão este que se repete pelo céu. Se complementasses esta observação com a medição do efeito de Doppler na luz dessas galáxias, o que nos dá uma medida de quando essa luz foi emitida, verificarias que este padrão se repete para diferentes tempos. Concluirias então que a matéria está distribuída de forma extraordinariamente homogénea.

Repara que para tirares tais conclusões sobre o Universo assumes implicitamente que as conclusões são válidas independentemente da posição que ocupas enquanto observador, logo que a nossa posição no Universo é equivalente a qualquer outra posição.
 


História térmica do Universo
Imagem cedida por C. Sofia Carvalho

Para além de galáxias, verias também estrelas que estariam comparativamente mais próximas. Se prestasses atenção a um determinado tipo de estrelas cuja fase final da sua vida toma a forma de uma explosão violenta, explosão essa que assumes ser igual para todas as estrelas desse tipo, e medisses a distância a que elas se encontram de nós, então verificarias que quanto mais distantes estão as estrelas, mais depressa se afastam de nós. Concluirias então que o Universo está não só a expandir-se como a fazê-lo de forma acelerada.

Esta é a actual imagem que temos do Universo: frio, rarefeito e em expansão. A isotropia da radiação por um lado e a homogeneidade da distribuição da matéria por outro levam-te a concluir que as diferentes regiões do Universo terão estado no passado em relação causal, i.e. trocado informação entre elas de modo a hoje conterem essencialmente a mesma informação. Se extrapolares para o passado invertendo o sentido da expansão, o comprimento de onda da radiação contrai-se, logo a temperatura aumenta. Pensarás então que o Universo terá começado quente e denso e que terá depois expandido e arrefecido. Se combinares a observação da expansão acelerada com a observação do espectro da radiação cósmica ser o de um corpo negro, concluirás que todos os comprimentos de onda foram esticados pelo mesmo factor, o que fortalece a evidência de expansão a partir de uma origem comum.

Se o telescópio tiver uma resolução suficientemente boa, conseguirás ver flutuações na temperatura da ordem das dezenas do microkelvin. Estas flutuações reflectem os desvios da perfeita isotropia, que designamos por anisotropias. A radiação cósmica propaga-se quase imperturbadamente e por isso transporta essencialmente informação sobre o Universo primordial na forma de anisotropias ditas primordiais. Devido ao seu percurso desde a altura em que foi emitida até à altura em que é detectada, a radiação cósmica transporta também informação sobre a dinâmica e a geometria do Universo em expansão em forma de anisotropies ditas secundárias.

Imagina agora o percurso que a radiação cósmica terá tomado até chegar a nós. Recordo-te que devido à velocidade da luz ser finita, a distâncias gradualmente maiores correspondem tempos gradualmente mais anteriores. Assim, a radiação cósmica terá passado por diferentes fases de evolução da estrutura da matéria no Universo. A radiação terá presenciado a formação da estrutura que observamos na forma de aglomerados de galáxias, passando predominantemente por espaço vazio mas também pela estrutura filamentosa de galáxias. Anteriormente terá presenciado a formação de galáxias, de moléculas, de estrelas, de átomos, até ao plasma primordial, em que partículas de matéria e radiação se encontravam intimamente ligadas. Na sequência do arrefecimento, o plasma primordial desintegrou-se, do que resultaram dois estados separados: matéria e radiação. A altura da separação entre matéria e radiação define uma superfície tri-dimensional designada por superfície da última difusão. É nesta altura que os fotões terão começado a propagar-se livremente, formando a radiação cósmica de micro-ondas.

Informação sobre o que é anterior à superfície da última dispersão não nos é acessível directamente pela radiação cósmica de micro-ondas, de natureza electromagnética. Em teoria, no entanto, será acessível por meio de ondas gravitacionais primordiais. Estas ondas descrevem flutuações na estrutura não da matéria mas antes do espaço-tempo sob a forma de direcções de oscilação, que se reflectem na polarização da radiação cósmica. Com telescópios cada vez mais precisos, a medição de ondas gravitacionais por meio da polarização é actualmente um tema de investigação muito atraente pela possibilidade única que nos oferece de acedermos a tempos anteriores à emissão da radiação cósmica de micro-ondas e deste modo sondarmos a física do Universo primordial.

[1] http://www.cosmos.esa.int/web/planck
[2] http://www.sdss.org

Nota da redação: Por vontade da autora, o texto não segue o acordo ortográfico em vigor.

C. Sofia Carvalho, investigadora no IA, Faculdade de Ciências da ULisboa
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Cerimónia de entrega de prémios da Semana Verde da UE de 2025

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20 de junho: A Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (CIÊNCIAS) vai lançar um evento de debate sobre empregabilidade e formação de pessoas com trissomia 21, em parceria com a Reitoria da Universidade de Lisboa, e a Associação Pais 21. A iniciativa vai decorrer no dia 20 de junho no Instituto Interdisciplinar da Universidade de Lisboa, com o título “Ensino Superior para Estudantes com Dificuldades Intelectuais e Desenvolvimentais”.

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Regata Solar Sailors Challenge

Sunwave é um catamarã com menos de 50 centímetros de comprimento, mas revelou grande capacidade para transportar os sonhos dos alunos do agrupamento de escolas Vergílio Ferreira, de Lisboa, que venceram, na passada sexta-feira, a competição Solar Sailors Challenge, em pleno campus da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (CIÊNCIAS).

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Um estudo publicado na revista Freshwater Biology demonstrou que cinco populações de saramugo (Anaecypris hispanica), até agora consideradas extintas em Portugal, continuam a deixar vestígios genéticos em vários afluentes do Guadiana.

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Depois de 16 anos a produzir peras, amoras, maçãs, pêssegos ou até bananas, a HortaFCUL garantiu um prémio de 5000 libras (€5.937) atribuído pela empresa LUSH Cosmetics numa cerimónia que decorreu no dia 29 de maio, em Dorset, no Reino Unido.

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O ranking CWUR (Center for World University Rankings) posiciona novamente a Universidade de Lisboa (ULisboa) como líder nacional entre as Instituições de Ensino Superior, classificando-a no 218.º lugar a nível mundial, na 79.ª posição na Europa e entre as 1,1% melhores universidades do mundo.

Postal da Praia da Conceição-Duquesa, em Cascais, 1930

Num contexto em que as alterações climáticas e a erosão costeira colocam desafios crescentes à gestão do litoral, uma equipa de investigadores da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, em colaboração com o U.S. Geological Survey, desenvolveu uma metodologia inovadora que transforma postais turísticos e fotografias históricas em dados científicos sobre a evolução costeira.

Luís Leitão posa para a foto em cima da sua BTT e em frente a um rio

Luís Leitão, estudante do Mestrado em Engenharia Física de Ciências, realizou o seu Erasmus na Sorbonne, em Paris, França, no ano letivo de 2024/2025. Contada assim, a sua história poderia ser uma entre tantas outras de alunos que, a bordo do programa europeu, partem em viagem além-fronteiras para enriquecer os seus estudos mergulhando em diferentes culturas.

Grande Auditório de CIÊNCIAS

No sábado, 24 de maio, CIÊNCIAS acolheu o evento Technovation Girls Portugal que, pelo 4.º ano consecutivo em Portugal foi coordenado pela Happy Code, tendo como missão direcionar as raparigas para as áreas STEAM (Science, Technology, Engineering, Arts, and Mathematics).

A atividade foi realizada no formato online e promovida pelo Gabinete de Segurança, Saúde e Sustentabilidade da Faculdade.

Em celebração do Dia Mundial da Segurança e Saúde no Trabalho, assinalado a 28 de abril, CIÊNCIAS promoveu uma sessão especial de ginástica laboral direcionada aos seus docentes e técnico-administrativos.

Foto de Ana Rita Lopes.

Ana Rita Lopes, investigadora do MARE-ULisboa - Centro de Ciências do Mar e do Ambiente em CIÊNCIAS, foi uma das quatro cientistas galardoadas com a Medalha de Honra L’Oréal Portugal para as Mulheres na Ciência 2024.

Foto da assinatura do protocolo.

A Faculdade de Ciências consolida a sua posição de liderança na investigação científica ambiental com a criação da primeira Cátedra em Sustentabilidade de Ecossistemas Subterrâneos – Loulé. Este compromisso conjunto entre ciência, políticas públicas e responsabilidade ambiental corporativa, representa um investimento de 370 mil euros e foi celebrado no passado dia 23 de maio através de um protocolo entre a Faculdade, a Câmara Municipal de Loulé, a FCiências.ID e a empresa Bondstone.

imagem científica

Ganna Rozhnova, líder do Infectious Disease Dynamics Lab do Instituto de Biossistemas e Ciências Integrativas (BioISI), polo da Faculdade, coordena um estudo, publicado na revista Nature Communications, que relata o impacto de uma potencial cura do VIH na dinâmica de transmissão do vírus, utilizando um modelo matemático.

Cientistas a bordo do RV Sarmiento de Gamboa

Catarina Guerreiro, investigadora da Faculdade de Ciências e do projeto CHASE, integrou uma expedição, no âmbito do projeto Ocean ICU, com a missão de avaliar o papel da variabilidade regional no Atlântico Oriental na formação das complexas bombas de carbono do oceano.

Luis Carriço e José Manuel Rebordão

No Dia de Ciências 2025 a Direção da Faculdade de Ciências homenageou o investigador José Manuel Rebordão reconhecendo o seu impacto na Comunidade de Ciências 2024, e anunciando a nova designação da sala 01.03.23 da FCiências.ID como Auditório José Manuel Rebordão.

Participantes do BRIDges: Boosting research in interdisciplinary domains

BRIDges: Boosting research in interdisciplinary domains ocorreu no passado dia 14 de maio, no campus da Faculdade.

CIÊNCIAS lança Rotas para a Sustentabilidade para promover sistemas alimentares sustentáveis em 17 municípios

A Faculdade de Ciências dá início a uma nova fase do projeto GrowLIFE com o lançamento das Rotas para a Sustentabilidade, uma iniciativa que visa fortalecer práticas alimentares sustentáveis e promover cadeias curtas de abastecimento em Portugal.

Rita Eusébio

Rita Eusébio é uma das finalistas de Ciências da competição “Três Minutos de Tese – Universidade de Lisboa” - 3MT ULisboa 2025, que se realiza a 22 de maio, pelas 18h00, no Pavilhão de Portugal.

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