O Universo começou há cerca de 13,8 bilhões de anos com o Big Bang, um momento de expansão extremamente rápida. Aproximadamente 400.000 anos depois, após o resfriamento do cosmos o suficiente para a formação de átomos, ele entrou em uma fase longa e tranquila conhecida como as “Idades das Trevas”. Este período durou cerca de 0,1 bilhão 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 tempo, não estava completamente silencioso. Cientistas acreditam que os átomos de hidrogênio emitiram ondas de rádio muito fracas com um comprimento de onda de 21 cm. Esses sinais são considerados uma valiosa fonte de informação sobre os estágios mais iniciais da história cósmica.
Simulando o Início do Universo e a Matéria Escura
Usando simulações numéricas avançadas, pesquisadores da Universidade de Tsukuba e da Universidade de Tóquio exploraram como o sinal de 21 cm poderia se comportar sob diferentes teorias da matéria escura. A matéria escura é uma forma invisível de matéria que compõe cerca de 80% de toda a matéria no Universo.
Ao recriar a estrutura e o movimento do gás e da matéria escura no jovem Universo em potentes supercomputadores, a equipe de pesquisa conseguiu prever a intensidade da emissão de rádio durante as Idades 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 as Idades das Trevas produziu um sinal distinto com uma temperatura de brilho de aproximadamente 1 milikelvin (um milésimo de grau) quando média em todo o céu. Importante, a matéria escura deve causar variações nesse sinal de tamanho semelhante.
Medir o sinal de rádio geral em uma ampla faixa de frequências de cerca de 45 MHz pode, portanto, fornecer informações críticas sobre a matéria escura, incluindo a massa e a velocidade de suas partículas.
Por Que os Cientistas Estão Olhando para a Lua
Para detectar um sinal tão extremamente fraco, os astrônomos precisam de um local livre de interferências causadas pela atmosfera da Terra e pela tecnologia humana. Várias missões lunares futuras, incluindo o Projeto Tsukuyomi do Japão, têm como objetivo colocar telescópios de rádio na Lua por essa razão.
Se esses instrumentos lunares conseguirem capturar o antigo sinal de rádio, poderão oferecer uma nova e poderosa maneira de investigar a natureza da matéria escura e aprofundar nossa compreensão sobre como o Universo começou.
Financiamento e Agradecimentos
H.P. foi apoiado em parte pela concessão NSF PHY-2309135 ao Instituto Kavli de Física Teórica (KITP). N.Y. reconhece apoio financeiro da JSPS International Leading Research 23K20035. R.B. e N.Y. reconhecem a bolsa de convite da JSPS S24099.
