O universo começou com o Big Bang há cerca de 13,8 mil milhões de anos, um momento de expansão extremamente rápida. Cerca de 400 mil anos mais tarde, depois de o Universo ter arrefecido o suficiente para a formação de átomos, entrou numa fase longa e tranquila conhecida como Idade das Trevas. Este período durou cerca de 100 milhões de anos, terminando apenas quando as primeiras estrelas e galáxias finalmente se acenderam e começaram a produzir luz.
Embora o universo estivesse escuro durante este período, não estava completamente silencioso. Os cientistas acreditam que os átomos de hidrogênio emitem ondas de rádio muito fracas com comprimento de onda de 21 centímetros. Acredita-se que esses sinais preservem informações valiosas sobre os primeiros estágios da história do universo.
Simulando o universo primitivo e a matéria escura
Pesquisadores da Universidade de Tsukuba e da Universidade de Tóquio usaram simulações numéricas avançadas para explorar como o sinal de 21 centímetros se comporta 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 reconstruir a estrutura e o movimento do gás e da matéria escura no universo jovem em supercomputadores poderosos, a equipa foi capaz de prever a intensidade das emissões de rádio da Idade das Trevas com uma precisão sem precedentes.
O que o sinal pode revelar sobre a matéria escura
Simulações mostram que o hidrogênio da Idade das Trevas produziu um sinal único quando a temperatura média de brilho em todo o céu era de cerca de 1 milikelvin (milésimos de grau). É importante ressaltar que espera-se que a matéria escura cause mudanças de sinal de magnitude semelhante.
Portanto, medir o sinal de rádio global numa ampla gama de frequências de cerca de 45 MHz pode fornecer informações importantes sobre a matéria escura, incluindo a massa e a velocidade das suas partículas.
Por que os cientistas estão de olho na lua
Para detectar um sinal tão fraco, os astrónomos precisam de um local que não seja perturbado pela atmosfera da Terra e pela tecnologia humana. Por esta razão, várias missões lunares futuras, incluindo o programa Tsukuyomi do Japão, pretendem colocar radiotelescópios na Lua.
Se estes instrumentos lunares conseguirem captar sinais de rádio antigos, poderão fornecer uma nova e poderosa forma de estudar a natureza da matéria escura e aprofundar a nossa compreensão de como o Universo começou.
Financiamento e Agradecimentos
A HP é apoiada em parte pela concessão NSF PHY-2309135 ao Instituto Kavli de Física Teórica (KITP). O Estado de Nova York reconhece o apoio financeiro da JSPS International Lead Research 23K20035. RB e NY reconhecem a bolsa JSPS Invitational S24099.
