Um telescópio nos Alpes franceses permitiu que os investigadores "mergulhassem" profundamente no passado do Universo. Pela primeira vez, puderam observar uma nuvem de hidrogénio extremamente distante que ensombra a radiação cósmica de fundo criada pouco depois do Big Bang. A sombra é criada porque a água, mais fria, absorve a radiação de fundo mais quente no seu caminho para a Terra. Isto fornece informações sobre a temperatura do cosmos apenas 880 milhões de anos após o Big Bang. Para medir a história inicial do Universo, uma equipa internacional utilizou o NOEMA (Northern Extended Millimetre Array), o mais poderoso radiotelescópio do hemisfério norte.
O Universo surgiu há cerca de 13,8 mil milhões de anos com o Big Bang. Nessa altura, um nevoeiro quente e denso de radiação e partículas elementares ondulavam no espaço, espaço este que se expandia rapidamente. A densidade e a temperatura diminuíram com a mesma rapidez, e as partículas de luz (fotões) perderam cada vez mais energia. Após cerca de 380.000 anos, este plasma tinha arrefecido para 3000 K. Foi então possível a criação de átomos estáveis. E os fotões tiveram caminho livre e assim sendo espalharam-se pelo espaço. O cosmos tornou-se transparente, por assim dizer.
O Universo tem vindo a expandir-se desde o Big Bang. Esta radiação de fundo emitida 380.000 anos mais tarde arrefeceu até 2728 K (-270,42º C). Pode ser observada no micro-ondas com radiotelescópios ou satélites. Mas como ocorreu exatamente este processo de arrefecimento? Se pudéssemos medir a temperatura em diferentes momentos da história cósmica, poderíamos reconstruir a história da expansão do Universo. Isto poderia fornecer informações sobre a energia escura que está a afastar o cosmos.
Examinando os céus: as antenas do observatório NOEMA nos Alpes franceses. Com o poder de resolução único deste interferómetro, os investigadores exploraram o Universo primitivo e encontraram um novo método para medir a temperatura do fundo cósmico do micro-ondas. Crédito: IRAM / A. Rambaud
É aqui que entra em jogo a recente observação com o NOEMA. Esta instalação do IRAM (Institut de Radioastronomie Millimétrique) consiste em doze antenas de 15 metros apontadas para o objeto HFLS3. Atrás dele encontra-se uma galáxia "starburst" - uma jovem galáxia parecida com a Via Láctea que se encontra numa violenta fase de formação estelar. A luz que recebemos hoje de HFLS3 partiu quando o Universo tinha apenas 880 milhões de anos. Nesta galáxia, havia uma vasta e fria nuvem de vapor de água.
Ao observar esta nuvem, ocorreu um efeito que os investigadores conhecem do Sol e das estrelas. Acima das camadas mais quentes e profundas de gás, existem normalmente camadas mais frias através das quais a luz tem de se apressar. Isto cria linhas de absorção no espectro - certos comprimentos de onda em que a luz das estrelas perto da superfície é absorvida pelas camadas mais altas e mais frias. Quando os astrónomos observam o espectro em forma de arco-íris de uma estrela, estas linhas de absorção aparecem na realidade como sombras mais escuras, em forma de linha.
No caso da galáxia "starburst" HFLS3, a radiação cósmica de fundo atua como uma fonte de luz que se encontra atrás da galáxia, do ponto de vista do observador. A sombra é criada porque a água mais fria da nuvem galáctica absorve a radiação de micro-ondas mais quente a caminho da Terra. Como a temperatura da água pode ser extrapolada a partir de outras propriedades observáveis da galáxia, a diferença indica a temperatura da radiação cósmica de fundo nesse momento. É cerca de seis vezes mais elevada do que no Universo atual.
Com base nas suas observações, os astrónomos concluíram que a radiação de fundo deve ter tido uma temperatura entre 16,4 e 30,2 K nessa altura. Isto é consistente com a temperatura de 20 K prevista pelos atuais modelos cosmológicos para 880 milhões de anos após o Big Bang. Tendo em conta a ligação direta entre o arrefecimento da radiação de fundo e a história de expansão do Universo, esta é uma indicação importante de que estes modelos são consistentes.
"A descoberta não só fornece evidências de arrefecimento como também nos mostra que o Universo tinha algumas propriedades físicas específicas que já não existem atualmente," diz Dominik Riechers do Instituto de Astrofísica da Universidade de Colónia, autor principal do artigo científico publicado na revista Nature.
De acordo com Riechers, isto fornece informações únicas acerca do Universo jovem. "Cerca de 1,5 mil milhões de anos após o Big Bang, o fundo de micro-ondas encontrava-se demasiado frio para observar este efeito". Se existisse hoje uma galáxia com propriedades idênticas a HFLS3, a sombra da água não seria observável porque o contraste de temperatura necessário já não existiria.
"Este é um marco importante que não só confirma a esperada tendência de arrefecimento para uma época muito mais precoce do que anteriormente possível, como também pode ter implicações diretas na natureza da misteriosa energia escura," diz Axel Weiß do Instituto Max Planck para Radioastronomia em Bona, segundo autor do artigo. "Vemos um Universo em expansão em que a densidade da energia escura não muda."
Pensa-se que a energia escura seja uma das causas da expansão acelerada do Universo ao longo dos últimos mil milhões de anos. No entanto, as propriedades da energia escura continuam a ser mal compreendidas porque não podem ser observadas diretamente com as instalações e instrumentos atualmente disponíveis. No entanto, estas propriedades influenciam o desenvolvimento da expansão cósmica e, consequentemente, o ritmo de arrefecimento do Universo desde o Big Bang até aos dias de hoje.
Depois de ter localizado uma nuvem fria de água a uma distância tão grande, a equipa decidiu agora encontrar muitas mais no céu. O objetivo aqui é mapear o arrefecimento da radiação cósmica de fundo nos primeiros 1,5 mil milhões de anos da história do Universo. "Graças à nova técnica possibilitada pelo interferómetro NOEMA, podemos agora estudar processos físicos no Universo primitivo que nos escaparam até agora," diz o coautor Fabian Walter do Instituto Max Planck para Astronomia em Heidelberg.
O cientista do projeto NOEMA, Roberto Neri, acrescenta: "A nossa equipa está a prosseguir este projeto estudando o ambiente de outras galáxias". Com as melhorias de precisão esperadas das análises de amostras maiores de nuvens de água, resta saber se a nossa compreensão atual e fundamental da energia escura se vai aguentar.
Fonte: ccvalg.pt
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