Um sinal fraco da idade das trevas do Universo pode revelar matéria escura
O Universo começou há cerca de 13,8 mil milhões de anos com o Big Bang, um momento de expansão extremamente rápida. Aproximadamente 400.000 anos depois, depois que o cosmos esfriou o suficiente para a formação de átomos, ele entrou em uma fase longa e silenciosa conhecida como “Idade das Trevas”. Este período durou cerca de 0,1 mil milhões de anos, terminando apenas quando as primeiras estrelas e galáxias finalmente se acenderam e começaram a produzir luz.
Embora o Universo estivesse escuro durante esse período, não estava completamente silencioso. Os cientistas acreditam que os átomos de hidrogênio emitiram ondas de rádio muito fracas com comprimento de onda de 21 cm. Acredita-se que esses sinais preservem informações valiosas sobre os primeiros estágios da história cósmica.
Simulando o Universo Primitivo e a Matéria Escura
Usando simulações numéricas avançadas, pesquisadores da Universidade de Tsukuba e da Universidade de Tóquio exploraram como esse sinal de 21 cm poderia se comportar sob diferentes teorias da matéria escura. A matéria escura é uma forma invisível de matéria que representa cerca de 80% de toda a matéria do Universo.
Ao recriar a estrutura e o movimento do gás e da matéria escura no Universo jovem em supercomputadores poderosos, a equipa de investigação foi capaz de prever a intensidade da emissão de rádio durante a Idade das Trevas com uma precisão sem precedentes.
O que o sinal pode revelar sobre a matéria escura
As simulações sugerem que o gás hidrogênio durante a Idade das Trevas produziu um sinal distinto com uma temperatura de brilho de aproximadamente 1 milikelvin (um milésimo de grau) quando calculada a média do céu. É importante ressaltar que espera-se que a matéria escura cause variações de tamanho semelhante neste sinal.
Medir o sinal de rádio global numa ampla gama de frequências de cerca de 45 MHz poderia, portanto, fornecer informações críticas sobre a matéria escura, incluindo a massa e a velocidade das suas partículas.
Por que os cientistas estão olhando para a Lua
Para detectar um sinal tão fraco, os astrónomos precisam de um local livre de interferências causadas pela atmosfera terrestre e pela tecnologia humana. Várias missões lunares futuras, incluindo o Projeto Tsukuyomi do Japão, pretendem colocar radiotelescópios na Lua por este motivo.
Se estes instrumentos lunares conseguirem captar o antigo sinal de rádio, poderão oferecer uma nova e poderosa forma de investigar a natureza da matéria escura e aprofundar a nossa compreensão de como o Universo começou.
Financiamento e Agradecimentos
A HP foi apoiada em parte pela concessão NSF PHY-2309135 ao Instituto Kavli de Física Teórica (KITP). NY reconhece o apoio financeiro da JSPS International Leading Research 23K20035. RB e NY reconhecem JSPS Invitational Fellowship S24099.
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