O radiotelescópio que está sendo construído na Paraíba para ajudar a desvendar mistérios da energia escura no Universo:betmotion ceo

As oscilações criadas por essas ondas no plasma deixaram uma marca permanente na distribuiçãobetmotion ceomatéria 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 acústicasbetmotion ceobárions (BAOs, na siglabetmotion ceoinglês) — 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 'poçosbetmotion ceopotencial', que atraíam o plasma para o seu interior", segundo a física brasileira Larissa Santos, professora do Centrobetmotion ceoGravitação e Cosmologia da Universidadebetmotion ceoYangzhou, na China.

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

As BAOs irrompiambetmotion ceoincontáveis poçosbetmotion ceopotencial, formando esferas concêntricasbetmotion ceoenergia sonorabetmotion ceoexpansão. Elas se entrecruzavam, esculpindo o plasmabetmotion ceopadrõesbetmotion ceointerferência tridimensionais complexos e deslumbrantes.

Se houvesse seres humanos vivendo na época das "oscilações acústicasbetmotion ceobárions" (BAOs), eles não teriam ouvido nenhum ruído. Os sons estavam cercabetmotion ceo47 oitavas abaixo da primeira nota do piano. Seus comprimentosbetmotion ceoonda eram gigantescos — cercabetmotion ceo450 mil anos-luz.

Esses estrondos inaudíveis e incrivelmente profundos viajavam atravésbetmotion ceoum meio incapazbetmotion ceoser penetrado, até pelos nossos telescópios mais poderosos.

Em buscabetmotion ceo'registros fósseis'

Quando mais profundamente olhamos para o Universo, mais retornamos nabetmotion ceohistória. 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 estágiosbetmotion ceovida 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 ecosbetmotion ceoBAOs dos primórdios do Universo, que os cientistas traduziram para frequências audíveis.

O zumbido é compostobetmotion ceoum 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 cercabetmotion ceo379 mil anosbetmotion ceoidade, o Universo se resfriou o suficiente para que os prótons e elétrons se emparelhassem, formando os primeiros átomosbetmotion ceohidrogênio 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 entroubetmotion ceosilêncio.

Um jatobetmotion ceoenergia 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 cósmicabetmotion ceofundobetmotion ceomicro-ondas (CMB, na siglabetmotion ceoinglês), 13 bilhõesbetmotion ceoanos 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 cósmicabetmotion ceofundobetmotion ceomicro-ondas e também na estrutura do Universobetmotion ceolarga escala", segundo Santos. A física brasileira participabetmotion ceoum novo projetobetmotion ceoradiotelescópio internacional para analisar os ecos modernos daquela canção antiga.

"Sua assinatura é encontrada na quantidade levemente excessivabetmotion ceoparesbetmotion ceogaláxias que são separadasbetmotion ceouma escala fixabetmotion ceo150 Megaparsecs – cercabetmotion ceo500 milhõesbetmotion ceoanos-luz", explica a professora.

Projetobetmotion ceoconstrução na Paraíba

As assinaturasbetmotion ceoBAO não são apenas indicaçõesbetmotion ceocomo seriam os primeiros sons do Universo. Elas também servembetmotion ceopadrão para medir os efeitosbetmotion ceooutro fenômeno invisível: a energia escura.

A energia escura faz o Universo se expandir. Seus efeitos estãobetmotion ceotoda parte, masbetmotion ceonatureza é desconhecida.

O estudo da escala das assinaturasbetmotion ceoBAO a diferentes distâncias da Terra conta como os efeitos da energia escura alteraram a história do Universo.

"Chamamosbetmotion ceorégua 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, atualmentebetmotion ceoconstrução na Paraíba. Bingo é a siglabetmotion ceoinglêsbetmotion ceo"BAOsbetmotion ceoObservações Integradasbetmotion ceoGás Neutro".

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

Os átomosbetmotion ceohidrogênio liberam radiação com comprimentobetmotion ceoondabetmotion ceo21 centímetros. Este comprimento é invisível para o olho humano, mas pode ser detectado pelo radiotelescópio.

A energia escura "estica" a radiação das nuvensbetmotion ceohidrogênio mais distantes. Com isso, o comprimentobetmotion ceoonda observado aqui na Terra aumenta. Quanto maior a distância, maior o comprimentobetmotion ceoonda.

"Você escolhe a frequência do radiotelescópiobetmotion ceoacordo 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 bilhõesbetmotion ceoanos-luz atrás — o que é relativamente próximo, na escala cósmicabetmotion ceotempo e espaço.

Os dois enormes espelhos parabólicos do Bingo refletem essa radiação primordial sobre um conjuntobetmotion ceo50 detectoresbetmotion ceoondas 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 céubetmotion ceo15 por 200 graus.

Usando cálculos estatísticos complexos, a professora Larissa Santos irá analisar os dados para localizar milhõesbetmotion ceogaláxias, examinando as distâncias relativas entre elas. Com isso, será possível estudar com mais profundidade como a energia escura afetou os padrõesbetmotion ceoBAOs 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 intensidadebetmotion ceohidrogênio,betmotion ceoprincípio, pode medir qualquer coisa no Universo entre os dias atuais e a CMB. É um imenso volume a ser explorado", afirma a professorabetmotion ceofísica Cynthia Chiang, que estuda a densidade do hidrogênio na Universidade McGillbetmotion ceoMontreal, no Canadá.

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

Os instrumentos sintonizadosbetmotion ceoregiões relativamente próximas são do interessebetmotion ceoChiang, mas ela também deseja obter respostas sobre o restante da história cósmica.

"Minha abordagem é muito ambiciosa", afirma Chiang, rindo. "Estou organizando um experimento sintonizadobetmotion ceofrequências correspondentes à 'Idade das Trevas'."

"Este é o período imediatamente seguinte à formação das micro-ondasbetmotion ceofundo. 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 intervalobetmotion ceo250 a 350 milhõesbetmotion ceoanos. As BAOs deixaram nuvensbetmotion ceohidrogênio agrupadasbetmotion ceofinas estrias, como as ondas do marbetmotion ceorefluxo, que deixam ondulações na areia.

Antes que Chiang possa ter acesso à radiaçãobetmotion ceo21 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 frequênciasbetmotion ceoresolução 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 emissãobetmotion ceo21 cm quase uniforme daquela paredebetmotion ceohidrogênio."

"Mas existem flutuações sutisbetmotion ceobrilho 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,betmotion ceodetalhes impressionantes, um momento fundamental da evolução cósmica. Mas o mapeamento da densidade do hidrogênio na Idade das Trevas também capturaria centenasbetmotion ceomilhõesbetmotion ceoanos imediatamente posteriores.

"Você consegue sondar um volume tridimensional", explica Chiang. "Se você conseguir medir o mesmo tipobetmotion ceoinformação 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 maiorbetmotion ceoinstrumentosbetmotion ceoobservação inovadores que pretendem desvendar a história das BAOs, a estrutura do Universobetmotion ceolarga 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 tipobetmotion ceocoisas. 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 paredebetmotion ceoplasma com 379 mil anosbetmotion ceoespessura para fornecer dados sobre a fraçãobetmotion ceosegundo 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 hojebetmotion ceodia.

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 antesbetmotion ceoseguir adiante."

As oscilações acústicasbetmotion ceobárions existiram apenas por algumas centenasbetmotion ceomilharesbetmotion ceoanos. 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.