Pela primeira vez, pesquisadores da Universidade de Tel Aviv previram o que poderia ser descoberto ao detectar ondas de rádio que se originaram no início do Universo. Seus resultados sugerem que, durante as “eras sombrias cósmicas”, a matéria escura se agrupou em densos aglomerados pelo espaço, atraindo gás hidrogênio que emitiu intensas ondas de rádio. Essa nova abordagem pode oferecer um caminho para investigar um dos maiores mistérios da ciência: a verdadeira natureza da matéria escura.
O trabalho, liderado pelo Prof. Rennan Barkana da Escola Sackler de Física e Astronomia da Universidade de Tel Aviv, envolveu o estudante de doutorado Sudipta Sikder e colaboradores do Japão, Índia e Reino Unido. Suas descobertas foram publicadas na Nature Astronomy.
Estudando as Eras Sombrias Cósmicas a Partir da Lua
De acordo com os pesquisadores, as eras sombrias cósmicas (o período imediatamente antes da formação das primeiras estrelas) podem ser exploradas por meio da detecção de ondas de rádio emitidas pelo gás hidrogênio que uma vez preencheu o Universo. Embora antenas comuns detectem facilmente ondas de rádio, os sinais dessa era antiga são bloqueados pela atmosfera da Terra. Estudar esses sinais requer instrumentos no espaço — especialmente na Lua, onde a falta de atmosfera e de interferência humana proporciona condições ideais.
Construir um telescópio na superfície lunar é uma tarefa formidável, mas o momento pode ser adequado. Uma corrida global está em andamento para retornar à Lua, com os Estados Unidos, Europa, China e Índia todas buscando novas missões lunares. Essas agências estão em busca de objetivos científicos significativos para futuros projetos na Lua, e essa nova pesquisa ressalta o potencial da astronomia de rádio baseada na Lua para investigar o início do Universo.
Explorando o Universo Antes das Primeiras Estrelas
O Prof. Barkana explica: “O novo telescópio espacial James Webb da NASA descobriu recentemente galáxias distantes cujas luzes recebemos de galáxias primordiais, cerca de 300 milhões de anos após o Big Bang. Nossa nova pesquisa estuda uma era ainda mais antiga e misteriosa: as eras sombrias cósmicas, apenas 100 milhões de anos após o Big Bang. Simulações por computador preveem que a matéria escura em todo o Universo estava formando densos aglomerados, que mais tarde ajudariam a formar as primeiras estrelas e galáxias. O tamanho previsto desses aglomerados depende, e assim pode ajudar a elucidar, as propriedades desconhecidas da matéria escura, mas eles não podem ser vistos diretamente. No entanto, esses aglomerados de matéria escura atraíram gás hidrogênio e causaram uma emissão mais forte de ondas de rádio. Nós prevemos que o efeito cumulativo de tudo isso pode ser detectado com antenas de rádio que medem a intensidade média de rádio no céu.”
Essas simulações sugerem que os sinais de rádio das eras sombrias, embora fracos, carregam pistas valiosas sobre as estruturas invisíveis que semearam a formação de galáxias. Detectá-los poderia transformar nossa compreensão dos momentos mais primórdiais do Universo.
Das Eras Sombrias Cósmicas ao Amanhecer das Estrelas
Embora o sinal esperado seja fraco, a observação bem-sucedida dele poderia abrir uma nova janela para testar teorias de matéria escura. Quando as primeiras estrelas apareceram logo após, durante uma fase conhecida como “amanhecer cósmico”, a luz delas provavelmente amplificou dramaticamente essa emissão de rádio. Sinais daquela era posterior devem ser mais fáceis de detectar com telescópios de base terrestre, embora sejam mais difíceis de interpretar devido à complexidade adicional introduzida pela formação de estrelas.
Para enfrentar esse desafio, os cientistas estão recorrendo a vastas redes de telescópios de rádio projetadas para mapear sutis variações na intensidade de rádio cósmico. Um dos maiores esforços é o Square Kilometre Array (SKA), uma colaboração global que envolve uma rede de 80.000 antenas de rádio que está em construção na Austrália. O Prof. Barkana desempenha um papel crucial neste projeto internacional, que visa capturar padrões de emissões de rádio fortes e fracas que podem revelar onde os aglomerados de matéria escura existiram.
Uma Nova Janela para as Origens da Matéria Escura
A equipe acredita que suas previsões podem fornecer um passo importante para entender a matéria escura. Hoje, a matéria escura está entrelaçada com galáxias e estrelas, tornando suas propriedades difíceis de isolar. Em contraste, o início do Universo oferece um ambiente puro — essencialmente um laboratório intocado — para investigar como a matéria escura se comporta sem a interferência de estruturas cósmicas posteriores.
O Prof. Barkana conclui: “Assim como as antigas estações de rádio estão sendo substituídas por novas tecnologias que trazem websites e podcasts, os astrônomos estão expandindo o alcance da astronomia de rádio. Quando os cientistas abrem uma nova janela de observação, descobertas surpreendentes geralmente resultam. 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 que muito pouco sabemos sobre sua natureza e propriedades. Compreensivelmente, os astrônomos estão ansiosos para começar a sintonizar os canais de rádio cósmicos do início do Universo.”
