Quais as evidências do Big Bang que você lembra? A maioria das pessoas pode dizer a radiação cósmica de fundo, também chamada de “eco do Big Bang”. Alguns também vão lembrar do “redshift”, ou desvio para o vermelho no espectro das galáxias distantes.
Se você tiver sorte, vai encontrar alguém que lembre da abundância de hélio. Mas por que o hélio, ou a abundância dele, é uma evidência do Big Bang?
O que é o hélio?
O hélio, símbolo químico He, é um gás nobre, e uma das substâncias mais simples da natureza, já que é composto por dois elétrons, dois prótons e dois nêutrons (em uma comparação, perde em simplicidade para o hidrogênio, que é composto por apenas um próton e um elétron).
A produção do hélio no núcleo de estrelas é um processo compreendido há um bom tempo: prótons são pressionados um contra o outro para formar elementos cada vez mais pesados. No caso do hélio no sol, dois prótons se unem para formar um átomo de deutério, que é um hidrogênio com um nêutron. O átomo de deutério é pressionado a outro próton e se torna o hélio-3.
Quando um segundo átomo de hélio-3 colide com o nosso átomo de hélio-3, dois prótons saem a passear por aí, e o restante dos dois átomos se combinam para formar um átomo de hélio-4, com dois prótons e dois nêutrons. Este é o tipo mais comum de átomo de hélio, e a sua produção nas estrelas libera muita energia.
O nome deste processo é “nucleossíntese estelar”. Ele é capaz de gerar muita energia, além de fazer átomos mais pesados a partir de átomos mais leves. Na verdade, não só o hélio, mas todos os elementos da tabela periódica, até o ferro, são fabricados desta forma, mas esta é outra história.
A abundância de hélio
Olhando para o universo com um telescópio e um espectroscópio, dá para fazer uma estimativa de quanto hélio tem no mesmo. Foi o que os astrofísicos fizeram, e chegaram à uma conclusão perturbadora: 24% dos átomos visíveis no universo são de hélio.
É muito hélio. Se tivesse tanto hélio de origem estelar, a noite deveria brilhar muito mais. Além disso, considerando a idade das estrelas, elas também não deveriam ter tanto hélio. De onde veio esse hélio, então?
A impressão era de que boa parte deste hélio já existia antes das estrelas surgirem. Mas como?
George Gamow, o cara que previu a radiação cósmica de fundo, sugeriu que em algum momento no início do Big Bang, a pressão e temperatura do universo deveriam ser tão grandes quanto no núcleo de uma estrela, e isto deve ter causado fusão nuclear, criando hélio e deutério, além de lítio e berílio (em menor quantidade). Esta fusão nuclear é chamada de “nucleossíntese primordial” ou “nucleossíntese do Big Bang”.
Durante a primeira parte do Big Bang, o universo tinha uma densidade de energia muito alta para que prótons e nêutrons se formassem. Depois que eles se formaram, foram combinados pela pressão e foi produzido o hélio. Estava explicada a origem do hélio antes da formação de estrelas.
E só para te avisar: o hélio que você vê nos balões em feiras e parques de diversão não teve origem no Big Bang. Ele foi originado do decaimento radioativo do urânio. Quando o urânio decai, emite uma partícula alfa – dois prótons e dois nêutrons – que então captura um par de elétrons e se torna um átomo de hélio.
Se você quiser ver o hélio que se formou no Big Bang, vai ter que usar um telescópio e um espectroscópio – que foi a forma como nós descobrimos o hélio no sol pela primeira vez.[io9, UGS-Caltech, Reasons]