Como surgiu o primeiro átomo?

Provavelmente você já deve ter se perguntado o que aconteceu milionésimos de segundo após a criação do universo. Sabemos que ele surgiu de uma singularidade (um ponto infinitamente pequeno, quente e denso) e que houve uma expansão inicial, denominada equivocadamente de Big Bang, que aconteceu à aproximadamente 13,7 bilhões de anos. Após esse momento inicial, aconteceu a “inflação”, período que o universo se expandiu em uma velocidade inimaginável. Após a inflação, o ritmo de expansão diminuiu consideravelmente, mas está acelerando novamente desde então, graças à misteriosa força da energia escura. Mas como surgiu a unidade formadora do tudo, o primeiro átomo? Para responder isso, precisamos voltar no tempo, quando o universo tinha frações da sua idade hoje.

Mas antes de falarmos propriamente dos átomos e de suas unidades formadoras, os quarks, precisamos falar sobre as 4 forças forças fundamentais da natureza. Existem 4 forças que permitem a existência de tudo o que existe, são elas: a gravidade, o electromagnetismo, a força nuclear forte e a força nuclear fraca. Elas são responsáveis por “ordenar” o universo, mas na verdade, elas fazem nosso universo ser muito assimétrico, diferentemente de momentos após o seu nascimento. Quando o universo tinha apenas uma ínfima fração de segundos de idade, com 1 trilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de trilionésimo de segundo (0,000…1 com 44 zeros após a vírgula) a temperatura era tão alta que as 4 forças eram uma só. Nesse período, o universo era perfeitamente simétrico, já que era governado por apenas uma força fundamental.

Agora, já sabendo como era o universo primordial, podemos falar propriamente da matéria. Tudo é composto por átomos, que por sua vez são formados por prótons, nêutrons e elétrons (este último orbita o núcleo do átomo). Os prótons e os nêutrons são formados por quarks (quarks up e down), que são mantidos unidos pelos glúons (que age como se fosse uma cola). Nos instantes iniciais do universo, os átomos não existiam. Havia uma sopa cósmica de quarks, elétrons, fótons e outras partículas subatômicas que não estavam unidas.

Nesse momento, quando os quarks tentavam se unir para formar prótons e nêutrons, eles eram arremessados para longe pelos fótons, que com a altíssima temperatura estavam “descontrolados”. Mas conforme o universo foi se expandindo, sua temperatura foi diminuindo. Assim, somente quando o universo tinha 1 centésimo de segundo de vida, os quarks conseguiram se juntar para formar os prótons e os nêutrons. Somente após cerca de 3 minutos que os núcleos dos átomos se formaram.

Contudo, somente os núcleos de átomos leves conseguiram nascer nesse período, e assim foram formados apenas núcleos de 3 elementos: o hélio, lítio e hidrogênio, todos leves. Mas os elétrons ainda estava sendo arremessados para longe dos núcleos dos átomos pelos mesmos fótons. Somente após aproximadamente 380 mil anos após o Big Bang, o universo apresentava uma temperatura que permitia os elétrons de se unirem com os núcleos e finalmente formarem os primeiros átomos. Nesse período, os fótons se “acalmaram”, se tornando o que chamamos hoje de radiação cósmica de fundo. Até a formação dos primeiros átomos, o universo viveu um período denominado Idade das Trevas. Somente após esses 380 mil anos, a luz passou a existir, e as primeiras estruturas do universo começaram a nascer.