As primeiras ondas de rádio do Universo podem revelar matéria escura

O trabalho, liderado pelo Prof. Rennan Barkana da Escola Sackler de Física e Astronomia da Universidade de Tel Aviv, envolveu doutorado. estudante Sudipta Sikder e colaboradores do Japão, Índia e Reino Unido. Suas descobertas foram publicadas em Astronomia da Natureza.

Estudando a Idade das Trevas Cósmica a partir da Lua

Segundo os pesquisadores, a idade das trevas cósmica (período imediatamente anterior à formação das primeiras estrelas) pode ser explorada através da detecção de ondas de rádio emitidas pelo gás hidrogênio que outrora preenchia o Universo. Embora as antenas comuns detectem facilmente as ondas de rádio, os sinais desta era antiga são bloqueados pela atmosfera da Terra. Estudá-los requer instrumentos no espaço – especialmente na Lua, onde a falta de atmosfera e a interferência humana proporcionam condições ideais.

Construir um telescópio na superfície lunar é uma tarefa formidável, mas o momento pode ser o certo. Está em curso uma corrida global para regressar à Lua, com os Estados Unidos, a Europa, a China e a Índia a perseguirem novas missões lunares. Estas agências procuram objectivos científicos significativos para futuros projectos lunares, e esta nova investigação sublinha o potencial da radioastronomia lunar para sondar o Universo primordial.

Explorando o Universo antes das primeiras estrelas

O professor Barkana explica: “O novo telescópio espacial James Webb da NASA descobriu galáxias recentemente distantes cuja luz recebemos de galáxias primitivas, cerca de 300 milhões de anos após o Big Bang. Nossa nova pesquisa estuda uma era ainda mais antiga e mais misteriosa: a idade das trevas cósmica, apenas 100 milhões de anos após o Big Bang. Simulações de computador prevêem que a matéria escura em todo o Universo estava formando aglomerados densos, que mais tarde ajudariam a formar as primeiras estrelas e galáxias. O tamanho previsto dessas pepitas depende, e portanto pode ajudar a iluminar, as propriedades desconhecidas da matéria escura, mas elas não podem ser vistas diretamente. No entanto, esses aglomerados de matéria escura atraíram o gás hidrogênio e fizeram com que ele emitisse ondas de rádio mais fortes. Prevemos que o efeito cumulativo de tudo isto pode ser detectado com antenas de rádio que medem a intensidade média de rádio no céu.”

Estas simulações sugerem que os sinais de rádio da Idade das Trevas, embora fracos, transportam pistas valiosas sobre as estruturas invisíveis que semearam a formação das galáxias. Detectá-los poderia transformar a nossa compreensão dos primeiros momentos do Universo.

Da Idade das Trevas Cósmica ao Amanhecer das Estrelas

Embora o sinal esperado seja fraco, observá-lo com sucesso pode abrir uma nova janela para testar teorias sobre a matéria escura. Quando as primeiras estrelas apareceram pouco depois, durante uma fase conhecida como “amanhecer cósmico”, a sua luz provavelmente amplificou dramaticamente esta emissão de rádio. Os sinais daquela época posterior deveriam ser mais fáceis de detectar com telescópios terrestres, embora sejam mais difíceis de interpretar porque a formação de estrelas introduz uma complexidade adicional.

Para enfrentar este desafio, os cientistas estão a recorrer a vastas redes de radiotelescópios concebidas para mapear variações subtis na intensidade do rádio cósmico. Um dos maiores esforços é o Square Kilometer Array (SKA), uma colaboração global que envolve um conjunto de 80.000 antenas de rádio atualmente em construção na Austrália. O professor Barkana desempenha um papel fundamental neste projeto internacional, que visa capturar padrões de emissões de rádio fortes e fracas que poderiam revelar onde antigamente existiam aglomerados de matéria escura.

Uma nova janela para as origens da matéria escura

A equipa acredita que as suas previsões podem constituir um importante passo em frente na compreensão da matéria escura. Hoje, a matéria escura está entrelaçada com galáxias e estrelas, tornando difícil isolar suas propriedades. Em contraste, o Universo primitivo oferece um cenário primitivo – essencialmente um laboratório intocado – para investigar como a matéria escura se comporta sem interferência de estruturas cósmicas posteriores.

O professor Barkana conclui: “Assim como as antigas estações de rádio estão sendo substituídas por tecnologias mais novas que trazem sites e podcasts, os astrônomos estão expandindo o alcance da radioastronomia. Quando os cientistas abrem uma nova janela de observação, geralmente resultam descobertas surpreendentes. O Santo Graal da física é descobrir as propriedades da matéria escura, a substância misteriosa que sabemos constituir a maior parte da matéria no Universo, mas não sabemos muito sobre a sua natureza e propriedades. Compreensivelmente, os astrónomos estão ansiosos por começar a sintonizar os canais de rádio cósmicos do Universo primordial.”