O radiotelescópio que está sendo construído na Paraíba para ajudar a desvendar mistérios da energia escura no Universo:bonus vera e john

As oscilações criadas por essas ondas no plasma deixaram uma marca permanente na distribuiçãobonus vera e johnmatéria pelo Universo. E essas oscilações também fornecem aos astrônomos indicações sobre um dos mistérios mais profundos do nosso Universo atual: aquela força misteriosa conhecida como energia escura.

As ondas sonoras primordiais — também conhecidas como oscilações acústicasbonus vera e johnbárions (BAOs, na siglabonus vera e johninglês) — foram formadas quando as partículas do Universo inicial começaram a se reunir, atraídas pela gravidade.

"A força gravitacional da matéria escura nos primórdios do Universo criou 'poçosbonus vera e johnpotencial', que atraíam o plasma para o seu interior", segundo a física brasileira Larissa Santos, professora do Centrobonus vera e johnGravitação e Cosmologia da Universidadebonus vera e johnYangzhou, na China.

Mas o plasma era tão quente que também criava outra força, na direção oposta. "Os fótons criavam pressãobonus vera e johnradiação que lutava contra a gravidade e empurrava tudobonus vera e johnvolta para o lado externo. Esta luta criava oscilações acústicas — ondas sonoras", explica a professora.

As BAOs irrompiambonus vera e johnincontáveis poçosbonus vera e johnpotencial, formando esferas concêntricasbonus vera e johnenergia sonorabonus vera e johnexpansão. Elas se entrecruzavam, esculpindo o plasmabonus vera e johnpadrõesbonus vera e johninterferência tridimensionais complexos e deslumbrantes.

Se houvesse seres humanos vivendo na época das "oscilações acústicasbonus vera e johnbárions" (BAOs), eles não teriam ouvido nenhum ruído. Os sons estavam cercabonus vera e john47 oitavas abaixo da primeira nota do piano. Seus comprimentosbonus vera e johnonda eram gigantescos — cercabonus vera e john450 mil anos-luz.

Esses estrondos inaudíveis e incrivelmente profundos viajavam atravésbonus vera e johnum meio incapazbonus vera e johnser penetrado, até pelos nossos telescópios mais poderosos.

Em buscabonus vera e john'registros fósseis'

Quando mais profundamente olhamos para o Universo, mais retornamos nabonus vera e johnhistória. Isso se deve ao tempo que a luz leva para chegar até nós.

Mas só conseguimos ver tão longe porque as cargas elétricas dos prótons e elétrons liberados naqueles primeiros estágiosbonus vera e johnvida do Universo espalhavam e difundiam a luz, criando um brilho aleatório impenetrável.

Enquanto isso, as BAOs criaram padrões nesse meio que oscilavam para o lado externo. Por isso, podemos observar suas evidências no Universo atual.

O Telescópio Espacial Planck, da Agência Espacial Europeia, conseguiu captar ecosbonus vera e johnBAOs dos primórdios do Universo, que os cientistas traduziram para frequências audíveis.

O zumbido é compostobonus vera e johnum tom baixo com sobretons mais altos. Ele foi processado para produzir um arquivo sonoro com ruídos intensos, que podem ser ouvidos por seres humanos.

Quando atingiu cercabonus vera e john379 mil anosbonus vera e johnidade, o Universo se resfriou o suficiente para que os prótons e elétrons se emparelhassem, formando os primeiros átomosbonus vera e johnhidrogênio neutros. O plasma então desapareceu, o que deixou o Universo subitamente transparente e permitiu a transmissão da luz.

Ao mesmo tempo, a batalha entre a radiação e a gravitação chegou ao fim. As BAOs cessaram e o Universo entroubonus vera e johnsilêncio.

Um jatobonus vera e johnenergia luminosa começou então a se espalhar pelo Universo. Ele era tão poderoso que ressoa até hoje pelos radiotelescópios, atraindo os físicos como um sinal da radiação cósmicabonus vera e johnfundobonus vera e johnmicro-ondas (CMB, na siglabonus vera e johninglês), 13 bilhõesbonus vera e johnanos depois.

A CMB é o registro visual mais antigo e detalhado dos primórdios do Universo. Ela oferece aos cientistas um "registro fóssil" dos primeiros sons do cosmos.

"Nós vemos [os sons] impressos na radiação cósmicabonus vera e johnfundobonus vera e johnmicro-ondas e também na estrutura do Universobonus vera e johnlarga escala", segundo Santos. A física brasileira participabonus vera e johnum novo projetobonus vera e johnradiotelescópio internacional para analisar os ecos modernos daquela canção antiga.

"Sua assinatura é encontrada na quantidade levemente excessivabonus vera e johnparesbonus vera e johngaláxias que são separadasbonus vera e johnuma escala fixabonus vera e john150 Megaparsecs – cercabonus vera e john500 milhõesbonus vera e johnanos-luz", explica a professora.

Projetobonus vera e johnconstrução na Paraíba

As assinaturasbonus vera e johnBAO não são apenas indicaçõesbonus vera e johncomo seriam os primeiros sons do Universo. Elas também servembonus vera e johnpadrão para medir os efeitosbonus vera e johnoutro fenômeno invisível: a energia escura.

A energia escura faz o Universo se expandir. Seus efeitos estãobonus vera e johntoda parte, masbonus vera e johnnatureza é desconhecida.

O estudo da escala das assinaturasbonus vera e johnBAO a diferentes distâncias da Terra conta como os efeitos da energia escura alteraram a história do Universo.

"Chamamosbonus vera e johnrégua padrão", afirma Santos. "Temos esta escala fixa. Pelas suas variações aparentes, podemos saber como o Universo evoluiu ao longo do tempo."

Larissa Santos faz parte do projeto internacional responsável pelo radiotelescópio Bingo, atualmentebonus vera e johnconstrução na Paraíba. Bingo é a siglabonus vera e johninglêsbonus vera e john"BAOsbonus vera e johnObservações Integradasbonus vera e johnGás Neutro".

O radiotelescópio será sintonizado com as assinaturasbonus vera e johnradiação características do hidrogênio — o átomo mais simples, mais antigo e mais abundante do Universo.

Os átomosbonus vera e johnhidrogênio liberam radiação com comprimentobonus vera e johnondabonus vera e john21 centímetros. Este comprimento é invisível para o olho humano, mas pode ser detectado pelo radiotelescópio.

A energia escura "estica" a radiação das nuvensbonus vera e johnhidrogênio mais distantes. Com isso, o comprimentobonus vera e johnonda observado aqui na Terra aumenta. Quanto maior a distância, maior o comprimentobonus vera e johnonda.

"Você escolhe a frequência do radiotelescópiobonus vera e johnacordo com a época do Universo que você quer medir", explica Santos.

O radiotelescópio Bingo foi projetado para mapear a distribuição do hidrogênio entre um bilhão e quatro bilhõesbonus vera e johnanos-luz atrás — o que é relativamente próximo, na escala cósmicabonus vera e johntempo e espaço.

Os dois enormes espelhos parabólicos do Bingo refletem essa radiação primordial sobre um conjuntobonus vera e john50 detectoresbonus vera e johnondas dirigidas, conhecidos como "cornetas".

A base móvel do telescópio é o planeta onde ele está sendo construído. A rotação da Terra movimenta o equipamento sob as estrelas, varrendo uma área do céubonus vera e john15 por 200 graus.

Usando cálculos estatísticos complexos, a professora Larissa Santos irá analisar os dados para localizar milhõesbonus vera e johngaláxias, examinando as distâncias relativas entre elas. Com isso, será possível estudar com mais profundidade como a energia escura afetou os padrõesbonus vera e johnBAOs naquela época.

"O Bingo irá examinar o Universo posterior, depois que a energia escura dominou a expansão. É um grande complemento para outros experimentos", segundo ela. E muitos desses outros experimentos já começaram ou estão planejados.

Abordagem 'ambiciosa'

"O mapeamento da intensidadebonus vera e johnhidrogênio,bonus vera e johnprincípio, pode medir qualquer coisa no Universo entre os dias atuais e a CMB. É um imenso volume a ser explorado", afirma a professorabonus vera e johnfísica Cynthia Chiang, que estuda a densidade do hidrogênio na Universidade McGillbonus vera e johnMontreal, no Canadá.

"O Bingo e outros experimentos similares procuram os gases que ficam dentro das galáxias. Eles são um marcadorbonus vera e johnonde está a matéria", explica a professora.

Os instrumentos sintonizadosbonus vera e johnregiões relativamente próximas são do interessebonus vera e johnChiang, mas ela também deseja obter respostas sobre o restante da história cósmica.

"Minha abordagem é muito ambiciosa", afirma Chiang, rindo. "Estou organizando um experimento sintonizadobonus vera e johnfrequências correspondentes à 'Idade das Trevas'."

"Este é o período imediatamente seguinte à formação das micro-ondasbonus vera e johnfundo. Nunca tivemos acesso à cosmologia daquele período porque é muito, muito difícil", segundo a professora.

Entre a "superfície da última dispersão" (quando o plasma bariônico deu lugar à CMB) e a "madrugada cósmica" (quando brilhou a luz da primeira estrela), existe um intervalobonus vera e john250 a 350 milhõesbonus vera e johnanos. As BAOs deixaram nuvensbonus vera e johnhidrogênio agrupadasbonus vera e johnfinas estrias, como as ondas do marbonus vera e johnrefluxo, que deixam ondulações na areia.

Antes que Chiang possa ter acesso à radiaçãobonus vera e john21 cm daquela época, ela precisa projetar experimentos para excluir os sinais mais recentes da nossa própria galáxia, que podem mascarar os dados mais antigos.

"Este primeiro experimento ainda não irá chegar à cosmologia", explica ela. "O objetivo é mapear as emissões da Via Láctea nessas frequênciasbonus vera e johnresolução muito alta, para podermos conhecer a aparência do céu na primeira passagem. Depois, esperamos poder subtrair aquilo e chegar à cosmologia."

"Como o nome indica, na Idade das Trevas, o Universo era um lugar muito escuro e monótono", prossegue a professora. "Ali, o sinal que você recebe é uma emissãobonus vera e john21 cm quase uniforme daquela paredebonus vera e johnhidrogênio."

"Mas existem flutuações sutisbonus vera e johnbrilho que correspondem às densidades mais altas e mais baixas. Você consegue minúsculos pontos frios e quentes."

Para a professora, a CMB é como uma fotografia estática que captura,bonus vera e johndetalhes impressionantes, um momento fundamental da evolução cósmica. Mas o mapeamento da densidade do hidrogênio na Idade das Trevas também capturaria centenasbonus vera e johnmilhõesbonus vera e johnanos imediatamente posteriores.

"Você consegue sondar um volume tridimensional", explica Chiang. "Se você conseguir medir o mesmo tipobonus vera e johninformação da CMB, mas refletido sobre hidrogênio, você consegue muito mais dados e, potencialmente, pode restringir ainda mais os parâmetros cosmológicos."

"Se chegarmos lá, será maravilhoso. Mas é um caminho muito, muito longo."

A inflação cósmica

Os experimentos planejados por Cynthia Chiang e o telescópio Bingo somam-se a um conjunto cada vez maiorbonus vera e johninstrumentosbonus vera e johnobservação inovadores que pretendem desvendar a história das BAOs, a estrutura do Universobonus vera e johnlarga escala e a energia escura invisível que separa as galáxias.

"Quando medimos o céu, medimos tudo", explica Larissa Santos. "A CMB, o hidrogênio neutro, as fontes das galáxias, todo este tipobonus vera e johncoisas. Precisamos conseguir reconhecer o que é um sinal cosmológico e o que é outra coisa qualquer."

Santos também espera que as BAOs revelem ainda mais sobre o passado do Universo, perfurando a paredebonus vera e johnplasma com 379 mil anosbonus vera e johnespessura para fornecer dados sobre a fraçãobonus vera e johnsegundo anterior – a "era inflacionária" do Universo. Afinal, a maioria dos cosmólogos acredita que, naquela era, o espaço tenha se expandido com velocidade maior que a da luz.

A inflação cósmica é uma teoria amplamente aceita sobre a evolução do Universo do seu estado original minúsculo, quente e denso, até se tornar o cosmos que vemos hojebonus vera e johndia.

Esta teoria passou por muitos modelos, variações e simulações. Ela oferece muitas previsões consistentes que foram testadas e verificadas, embora não haja evidências diretas a respeito.

"Muitas teorias inflacionárias já foram descartadas pelas nossas observações", segundo Santos. "Com as medições que queremos ver, podemos determinar quais teorias se adaptam melhor às medições antesbonus vera e johnseguir adiante."

As oscilações acústicasbonus vera e johnbárions existiram apenas por algumas centenasbonus vera e johnmilharesbonus vera e johnanos. Mas elas ajudaram a criar a história do Universo invisível do começo ao fim.

Agora, elas ajudam os cientistas a contar essa história.

Leia a versão original desta reportagem (em inglês) no site BBC Future.