O universo começou há cerca de 13,8 mil milhões de anos com o Big Bang, um momento de expansão extremamente rápida. Cerca de 400.000 anos mais tarde, depois de o cosmos ter arrefecido o suficiente para a formação de átomos, entrou numa fase longa e inactiva conhecida como “idade das trevas”. Este período durou cerca de 0,1 bilhão de anos e só terminou quando as primeiras estrelas e galáxias finalmente pegaram fogo e começaram a produzir luz.
Embora o universo estivesse escuro neste momento, não estava completamente silencioso. Os cientistas acreditam que os átomos de hidrogênio emitem ondas de rádio muito fracas com comprimento de onda de 21 cm. Acredita-se que esses sinais contenham informações valiosas sobre os primeiros estágios da história cósmica.
Modelando o universo primitivo e a matéria escura
Usando simulações numéricas avançadas, investigadores da Universidade de Tsukuba e da Universidade de Tóquio investigaram como este sinal de 21 cm se poderia comportar sob diferentes teorias da matéria escura. A matéria escura é uma forma invisível de matéria que representa cerca de 80% de toda a matéria do universo.
Ao recriar a estrutura e o movimento do gás e da matéria escura no universo jovem em supercomputadores poderosos, a equipa de investigação foi capaz de prever a intensidade da radiação rádio durante a Idade das Trevas com uma precisão sem precedentes.
O que o sinal pode revelar sobre a matéria escura
As simulações sugerem que o gás hidrogênio na Idade das Trevas produziu um sinal distinto com uma temperatura de brilho de cerca de 1 milikelvin (um milésimo de grau) quando calculada a média do céu. É importante notar que se espera que a matéria escura cause alterações neste sinal de magnitude semelhante.
Portanto, medir o sinal de rádio total numa ampla faixa de frequência em torno de 45 MHz pode fornecer informações importantes sobre a matéria escura, incluindo a massa e a velocidade das suas partículas.
Por que os cientistas olham para a lua
Para detectar um sinal tão fraco, os astrónomos precisam de um local livre de interferências causadas pela atmosfera terrestre e pela tecnologia humana. Por esta razão, várias missões lunares futuras, incluindo o projeto Tsukuyomi do Japão, pretendem colocar radiotelescópios na Lua.
Se estes instrumentos lunares conseguirem captar um sinal de rádio antigo, poderão oferecer uma nova e poderosa forma de sondar a natureza da matéria escura e aprofundar a nossa compreensão de como o Universo começou.
Financiamento e Agradecimentos
A HP foi apoiada em parte pela concessão PHY-2309135 da NSF ao Cowley Institute for Theoretical Physics (KITP). Nova York agradece o apoio financeiro da JSPS International Leading Research 23K20035. RB e Nova York reconhecem a JSPS Invitational Fellowship S24099.
