Um sutil sinal das eras sombrias do Universo pode desvendar a matéria escura.
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 cosmos esfriar o suficiente para que os átomos se formassem, ele entrou em uma longa e tranquila fase conhecida como as “Idades das Trevas”. Este período durou cerca de…
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 cosmos esfriar o suficiente para que os átomos se formassem, ele entrou em uma longa e tranquila fase conhecida como as “Idades das Trevas”. Este período durou cerca de 0,1 bilhões 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 era completamente silencioso. Cientistas acreditam que átomos de hidrogênio emitiram ondas de rádio muito fracas com um comprimento de onda de 21 cm. Esses sinais são considerados como preservadores de informações valiosas sobre os estágios mais iniciais da história cósmica.
Simulando o Universo Primitivo e a Matéria Escura
Usando simulações numéricas avançadas, pesquisadores da Universidade de Tsukuba e da Universidade de Tóquio exploraram como esse sinal de 21 cm poderia se comportar sob diferentes teorias de matéria escura. Matéria escura é uma forma de matéria invisível que compõe cerca de 80% de toda a matéria no Universo.
Reproduzindo a estrutura e o movimento de gás e matéria escura no jovem Universo em supercomputadores potentes, a equipe de pesquisa foi capaz de 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 mediado em todo o céu. Importante, espera-se que a matéria escura cause variações nesse sinal de tamanho semelhante.
Medir o sinal de rádio geral em uma ampla faixa de frequência de cerca de 45 MHz poderia, 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 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, visam colocar telescópios de rádio na Lua por esse motivo.
Se esses instrumentos lunares conseguirem capturar o antigo sinal de rádio, poderiam oferecer uma nova e poderosa maneira de investigar a natureza da matéria escura e aprofundar nossa compreensão de 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 o apoio financeiro da JSPS International Leading Research 23K20035. R.B. e N.Y. reconhecem a JSPS Invitational Fellowship S24099.
