O Big Bang pode ter sido brilhante e dramático, mas imediatamente depois disso, o universo escureceu, e por muito tempo. Os cientistas acreditam que as primeiras estrelas apareceram em um caldo lamacento de matéria 200 milhões de anos após o início a quente. Como os telescópios modernos não são sensíveis o suficiente para observar a luz dessas estrelas diretamente, os astrônomos estão procurando evidências indiretas de sua existência.
E então uma equipe de cientistas conseguiu captar um sinal fraco dessas estrelas usando uma antena de rádio do tamanho de uma mesa chamada EDGES. Medições espetaculares que abrem uma nova janela para o início do universo mostram que essas estrelas apareceram 180 milhões de anos após o Big Bang. O trabalho publicado na Nature também sugere que os cientistas podem repensar do que é feita a "matéria escura" - um tipo misterioso de substância invisível.
Os modelos mostraram que as primeiras estrelas a iluminar o universo eram azuis e tinham vida curta. Eles imergiram o universo em um banho de luz ultravioleta. O primeiro sinal observável deste amanhecer cósmico há muito tempo é considerado um "sinal de absorção" - uma queda no brilho em um comprimento de onda específico - causado pela passagem da luz e afetando as propriedades físicas das nuvens de gás hidrogênio, o elemento mais abundante no universo.
Sabemos que essa queda deve ser detectada na parte das ondas de rádio do espectro eletromagnético em um comprimento de onda de 21 cm.
Medição complexa
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No início havia uma teoria que previa tudo isso. Mas, na prática, encontrar esse sinal é extremamente difícil. Isso ocorre porque ele se entrelaça com muitos outros sinais nesta região do espectro que são muito mais fortes - por exemplo, as frequências comuns de transmissões de rádio e ondas de rádio de outros eventos em nossa galáxia. A razão pela qual os cientistas tiveram sucesso foi em parte porque o experimento foi equipado com um receptor sensível e uma pequena antena, o que permitiu cobrir uma grande área do céu com relativa facilidade.
Para ter certeza de que qualquer queda no brilho que eles encontraram foi devido à luz das estrelas do início do universo, os cientistas analisaram o deslocamento Doppler. Você está familiarizado com esse efeito pela diminuição da altura quando um carro com um pisca-pisca e uma sirene passa por você. Da mesma forma, conforme as galáxias se afastam de nós devido à expansão do universo, a luz muda para comprimentos de onda vermelhos. Os astrônomos chamam esse efeito de "redshift".
O desvio para o vermelho diz aos cientistas a distância que uma nuvem de gás está da Terra e há quanto tempo, pelos padrões cósmicos, a luz foi emitida por ela. Nesse caso, qualquer mudança no brilho esperada no comprimento de onda de 21 cm indicará o movimento e a distância do gás. Os cientistas mediram a queda de brilho que ocorreu em diferentes períodos cósmicos de tempo, até o momento em que o universo tinha apenas 180 milhões de anos, e compararam com seu estado atual. Foi a luz das primeiras estrelas.
Ola matéria negra
A história não termina aí. Os cientistas ficaram surpresos ao descobrir que a amplitude do sinal era duas vezes maior do que o previsto. Isso sugere que o gás hidrogênio estava muito mais frio do que o esperado no fundo de microondas.
Esses resultados foram publicados em outro artigo na Nature e lançaram um anzol de isca para físicos teóricos. Isso porque fica claro a partir da física que, nessa época da existência do universo, o gás era fácil de aquecer, mas difícil de resfriar. Para explicar o resfriamento adicional associado ao sinal, o gás teve que interagir com algo ainda mais frio. E a única coisa mais fria do que o gás cósmico no início do universo era a matéria escura. Os teóricos devem agora decidir se podem estender o modelo padrão da cosmologia e da física de partículas para explicar esse fenômeno.
Sabemos que existe cinco vezes mais matéria escura do que matéria comum, mas não sabemos do que é feita. Várias variantes de partículas que podem formar a matéria escura foram propostas, e a favorita entre elas é a partícula massiva de interação fraca (WIMP).
O novo estudo, no entanto, sugere que a partícula de matéria escura não deve ser muito mais pesada que o próton (que entra no núcleo atômico junto com o nêutron). Isso está bem abaixo das massas previstas para o WIMP. A análise também sugere que a matéria escura é mais fria do que o esperado e abre uma oportunidade fascinante para usar a "cosmologia de 21 cm" como uma sonda para a matéria escura no universo. Outras descobertas com receptores mais sensíveis e menos interferência de rádio terrestre podem revelar mais detalhes sobre a natureza da matéria escura e talvez até indicar a velocidade em que ela viaja.
Ilya Khel
