Cientistas começam a observar o início das estrelas e entender as propriedades da Matéria Escura

março 14, 2018 por MarioLima

Usando antenas de rádio do tamanho de uma mesa de centro, uma pequena equipe de astrônomos vislumbrou o amanhecer cósmico, o momento há bilhões de anos, quando as primeiras estrelas do universo começaram a brilhar. A observação também fornece evidências surpreendentes sobre as partículas de matéria escura, material que não é visto mas compõe a maior parte da matéria do universo, podendo ser muito mais leves do que os físicos pensavam.

Se confirmado, o resultado poderia mudar a imagem dos cosmólogos do universo primitivo e agitar a busca de matéria escura. “Isso gerará grande interesse”, diz Kevork Abazajian, cosmólogo teórico da Universidade da Califórnia (UC). Mas outros se preocupam se o sutil sinal de rádio reportado pela equipe pode ser uma interferência. “Eu não acho que agora, pelo menos em minha mente, é uma descoberta clara”, diz Aaron Parsons, um cosmólogo experimental na UC Berkeley.

Os dados provêm da Experiência para Detectar a Época Global de Assinatura de Reionização (EDGES sigla para Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature), uma matriz de US $ 2 milhões de três antenas de rádio no interior da Austrália Ocidental. Os cinco pesquisadores da EDGES procuraram sinais de que os átomos de hidrogênio que permeavam o recém-nascido universo absorveram micro-ondas que se prolongavam do big bang.

No interior australiano, pequenas antenas de rádio foram usadas para detectar um sinal de 13,6 bilhões de anos.

FONTE: COMMONWEALTH SCIENTIFIC AND INDUSTRIAL RESEARCH ORGANISATION

A absorção marca o momento logo após as primeiras estrelas começarem a brilhar. Antes desse momento, os estados internos dos átomos estavam em equilíbrio com as micro-ondas, emitindo tanta radiação quanto absorviam. Mas a luz das primeiras estrelas empurrou as entranhas dos átomos, interrompendo o equilíbrio e permitindo que os átomos absorvam mais micro-ondas do que eles emitiram.

A expansão do universo estica o sinal de absorção do seu comprimento de onda original de 21 centímetros para comprimentos de onda de rádio mais longos. No entanto, o ruído de rádio da nossa galáxia é 30 mil vezes mais intenso. Para subtraí-lo, os pesquisadores da EDGES confiaram no espectro suave e previsível do ruído. Em publicação na revista Nature, eles relatam detectar o pequeno sinal de absorção – as sombras cumulativas, eles concluem, de nuvens de hidrogênio que existiram entre 180 milhões e 250 milhões de anos após o big bang.

É a primeira vez que os cientistas observaram o tempo entre a radiação cósmica de fundo em micro-ondas, 380.000 anos após o big bang e a mais antiga galáxia conhecida, que brilhava 400 milhões de anos depois, diz o líder da EDGES, Judd Bowman. “Esta é realmente a única sonda possível que temos do tempo antes das estrelas”, diz Bowman, que é um astrofísico experimental no Arizona State University. Em última análise, os cientistas esperam usar o sinal de absorção ou a emissão mais fraca de radiação de 21 centímetros de nuvens de gás em tempos um pouco mais tarde para mapear a distribuição 3D de hidrogênio durante essas chamadas idades escuras cósmicas, rastreando sua evolução em galáxias embrionárias.

A absorção é mais do que duas vezes mais forte do que se prevê, o que sugere que o hidrogênio foi significativamente mais frio do que se pensava anteriormente. O gás deve ter perdido o calor para algo ainda mais frio, e a única coisa que se situava era a matéria escura, que estava se acumulando nos aglomerados que semeariam a formação de galáxias, razões que Rennan Barkana, um astrofísico da Universidade de Tel Aviv em Israel, em um segundo artigo na Nature, argumenta que para resfriar o hidrogênio, as partículas de matéria escura devem ter sido menos de cinco vezes a massa de um átomo de hidrogênio. Caso contrário, os átomos teriam saltado fora deles sem perder energia e ficando mais frio, assim como uma bola de Ping-Pong vai saltar uma bola de boliche sem diminuir a velocidade.

Muitas pesquisas de matéria escura visam partículas maciças hipotéticas de interação fraca, que normalmente são esperadas pesar centenas de vezes um átomo de hidrogênio. À medida que essas buscas não encontraram resultados, alguns físicos começaram a procurar partículas de matéria escura mais leves. O novo resultado pode incentivá-los, diz Abazajian.

A questão mais urgente é saber se o sinal é uma interferência experimental, diz Parsons. As medições dependem de calibrações que poderiam produzir sinais falsos se eles estiverem desligados por apenas alguns centésimos de por cento, ele diz. Bowman diz que ele e seus colegas “chegaram tão longe quanto podemos garantir que não haja um erro, mas, é claro, estamos ansiosos para que outros confirmem o resultado”.

A confirmação poderia vir de outras experiências que estão investigando as “idades das trevas”. Parsons lidera uma, chamada de Época de hidrogênio da matriz de reionização na África do Sul ou em inglês Hydrogen Epoch of Reionization Array, na África do Sul, que está tentando não apenas detectar sinais fracos, mas traçá-los pelo céu. Eles podem mostrar em breve se o amanhecer cósmico realmente se revelou.

Referência: Science