Welcome one and all! It’s time to grab your seat for the biggest battle in the soon-to-be-formed universe. That’s right— the Big Bang is about to go down! In one corner is the force that brings all matter together. It acts on any particle with mass, and its range is infinite— give it up for gravity! In the other corner, our contender can push matter away with spectacular strength. When the going gets tough, this fighter just gets tougher. That’s right, it’s pressure!
Bem-vindos! Está na altura de se sentarem para assistir à maior batalha no universo prestes a ser formado. É isso mesmo: o Big Bang está prestes a acontecer! De um lado temos a força que une toda a matéria. Atua em qualquer partícula com massa, e o seu alcance é infinito. Um aplauso para a gravidade! Do outro lado, o nosso competidor consegue separar matéria com uma força espetacular. Quando as coisas ficam difíceis, este lutador fica ainda mais forte. Acertaram, é a pressão!
Over the next several hundred thousand years, these two contenders will be wrestling for the fate of the universe. That’s right folks, the ripple effects of this historic match will shape the structure of the universe as we know it today. But what are these powers fighting over? We’ll find out when the Big Bang hits right... now!
Durante as próximas centenas de milhares de anos, estes dois competidores irão lutar pelo destino do universo. É verdade, os efeitos cascata desta batalha histórica irão modelar a estrutura do universo como o conhecemos hoje. Mas porque é que estas forças estão a lutar? Iremos descobrir quando o Big Bang começar... agora!
Let’s zoom in for the play-by-play.
Vamos olhar mais de perto para os intervenientes.
This epic event has brought three components into our infant universe. Dark matter, which only interacts with gravity. Baryonic matter, which makes up all matter you’ve ever seen, is affected by both gravity and pressure. And radiation composed of innumerable particles of light, also known as photons.
Este evento épico trouxe três elementos a este universo infantil. A matéria negra, que só interage com a gravidade. A matéria bariónica, que compõe toda a matéria que já vimos, e é influenciada tanto pela gravidade como pela pressão. E a radiação composta por inúmeras partículas de luz, também conhecida como fotões.
In the moments just after the Big Bang, all three components are in equilibrium, meaning no one location is denser than another. But as the universe starts expanding, differences in density start to emerge. Gravity immediately gets to work pulling matter together. Dark matter begins to collect at the center of these increasingly dense regions, forming the foundations of future galaxies.
Momentos antes do Big Bang, estes três componentes estão em equilíbrio, o que significa que nenhum local é mais denso do que outro. Mas à medida que o universo se expande, começam a surgir diferenças de densidade. A gravidade começa logo a unir matéria. A matéria negra começa a reunir-se no centro destas regiões cada vez mais densas, formando os pilares de futuras galáxias.
Meanwhile, pressure begins gathering its strength. In this hot, high-energy environment, protons and electrons can’t come together to form atoms, so these loose particles zip around, freely interacting with ambient photons. The result is almost a fluid of baryonic matter and radiation. But the closer these baryonic particles get, the hotter the fluid becomes, pushing photons to ping around with incredible force. This is the power of pressure, specifically radiation pressure, battling to push things apart.
Entretanto, a pressão começa a juntar a sua força. Neste ambiente quente, altamente energético, os protões e eletrões não conseguem unir-se para formar átomos, por isso estas partículas soltas giram livremente interagindo com os fotões. O resultado é quase um fluido de matéria bariónica e radiação. Mas quanto mais próximas ficam estas partículas bariónicas, mais quente se torna o fluido, obrigando os fotões a balançarem com uma força incrível. Este é o poder da pressão, especificamente da pressão de radiação, a lutar para afastar coisas.
With each of gravity’s vicious tugs squeezing photons and matter together, pressure exerts a forceful shove back. And as the two giants struggle, they heave this fluid back and forth— creating massive waves called baryonic acoustic oscillations. Moving at almost two thirds the speed of light these BAOs ripple across space, impacting the universe on the biggest scale imaginable. These rolling waves determine the distribution of matter throughout space, meaning that today— almost 14 billion years after this fight began— we're more likely to find galaxies at their peaks and empty space in their troughs. And that’s not all. We can still see these ripples in the background radiation of the universe, a permanent reminder of this epic brawl.
A cada um dos puxões fortes da gravidade comprimindo fotões e matéria, a pressão exerce um forte empurrão de volta. E à medida que os dois gigantes lutam, movem o fluido para trás e para a frente, criando ondas massivas chamadas oscilações acústicas bariónicas. Movendo-se a quase dois terços da velocidade da luz, estas oscilações ondulam pelo espaço, exercendo um impacto no universo à maior escala imaginável. Estas ondas rolantes determinam a distribuição da matéria pelo espaço, o que significa que hoje — quase 14 mil milhões de anos depois desta batalha — temos mais probabilidade de encontrar galáxias nos seus extremos e espaços vazios nos seus canais. E não acaba por aqui. Conseguimos ainda ver essas ondulações na radiação de fundo do universo, um lembrete permanente desta luta épica.
But after being locked in a stalemate for roughly 370,000 years, the tide of our battle finally begins to turn. After all this time, the heat from the Big Bang has dissipated significantly, cooling the universe down to a temperature at which loose electrons start to pair up with protons. Known as the “era of recombination,” this stops electrons from recklessly pinging around. This allows light to stream freely for the first time, illuminating the universe. These photons now only exert a tiny force on the neutral atoms they interact with, gradually reducing the power of pressure.
Mas após ficar presa num impasse de cerca de 370 000 anos, a maré da nossa batalha começa finalmente a mudar. Depois de todo este tempo, o calor do Big Bang dissipou-se significativamente, arrefecendo o universo a uma temperatura em que os eletrões perdidos começam a emparelhar-se com os protões. Conhecida como a “era da recombinação”, impede que os eletrões vagueiem de forma imprudente. Isto permite que a luz flua livremente pela primeira vez, iluminando o universo. Os fotões exercem agora uma pequena força nos átomos neutros com os quais interagem, reduzindo gradualmente a intensidade da pressão.
And with that, it’s time to crown our champion! The undefeated force, the most pervasive power in the universe: it’s gravity! And yet, this rivalry isn’t over. A similar battle continues between these two sworn enemies today, within every single star. As gravity pulls a star’s gas inward, pressure increases and pushes the matter back outward. This push and pull keeps the Sun, and all other stars, stable for billions of years. In fact, this clash of the titans is the same reason Earth’s atmosphere doesn’t collapse to the ground. So while their greatest fight might have ended, these two warriors are still to be locked in combat— even as a new challenger approaches.
E assim, está na altura de coroar o nosso campeão! A força invencível, o poder mais penetrante do universo: é a gravidade! No entanto, esta rivalidade ainda não terminou. Uma batalha semelhante persiste hoje entre estes dois inimigos, dentro de cada estrela. Enquanto a gravidade puxa o gás de uma estrela para dentro, a pressão aumenta e empurra a matéria de volta para fora. Este puxa e empurra mantém o sol, e todas as outras estrelas, estáveis durante milhares de milhões de anos. De facto, deve-se também a esta luta de titãs o facto de a Terra não colapsar. Então, embora a sua maior luta possa ter acabado, estes dois guerreiros ainda estão em combate, mesmo quando um novo desafiante se aproxima.