Pela primeira vez, os cientistas utilizaram telescópios terrestres para observar o amanhecer cósmico — uma era que remonta a mais de 13 mil milhões de anos, quando a luz das primeiras estrelas começou a remodelar o nosso universo.
A luz residual dessa época antiga tem comprimento de onda de milímetros e é extremamente fraca, o que significa que, embora os observatórios espaciais tenham conseguido observá-la, o sinal é abafado pela radiação eletromagnética na atmosfera da Terra antes que os telescópios terrestres possam detectar a luz primordial.
Mas agora, com a implantação de um telescópio especialmente projetado, os cientistas do projeto Cosmology Large Angular Scale Surveyor (CLASS) detectaram vestígios que as primeiras estrelas deixaram na luz de fundo do Big Bang. Eles publicaram suas descobertas em 11 de junho na revista The Astrophysical Journal.
«As pessoas pensavam que isso não poderia ser feito a partir do solo», disse em comunicado o coautor do estudo, Tobias Marriage, líder do projeto CLASS e professor de física e astronomia na Universidade Johns Hopkins. «A astronomia é um campo limitado pela tecnologia, e os sinais de micro-ondas do Cosmic Dawn são notoriamente difíceis de medir. As observações terrestres enfrentam desafios adicionais em comparação com as espaciais. Superar esses obstáculos torna essa medição uma conquista significativa.»
O observatório CLASS fica a uma altitude de 5.138 metros na cordilheira dos Andes, no deserto de Atacama, no norte do Chile. O telescópio, que obteve a sua primeira luz em 2016, está sintonizado para observar o céu em frequências de micro-ondas. Além de permitir mapear 75% do céu noturno, a sensibilidade sem precedentes do telescópio permite receber sinais de micro-ondas do amanhecer cósmico, ou os primeiros mil milhões de anos da vida do universo.
Durante os primeiros 380 000 anos após o Big Bang, o universo estava repleto de uma nuvem de eletrões tão densa que a luz não conseguia atravessá-la. Mas o nosso cosmos acabou por se expandir e arrefecer, e os eletrões foram capturados por protões para formar átomos de hidrogénio.
Esses átomos de hidrogénio não só permitiram que a luz de comprimento de onda de micro-ondas se movesse livremente — enchendo o espaço com o fundo cósmico de micro-ondas (CMB) — mas também, onde era denso o suficiente, colapsaram sob a gravidade e se incendiaram para formar as primeiras estrelas. A luz dessas estrelas então reionizou bolsas de gás hidrogénio não aglomerado, separando os seus eletrões de modo que alguns colidiram com a luz do CMB, fazendo com que se polarizasse.
O sinal dessa parte polarizada do CMB é uma parte vital do quebra-cabeça cosmológico; sem ele, nossa imagem do universo primitivo permanece confusa.
E embora os esforços de telescópios espaciais anteriores, como a Sonda de Anisotropia de Micro-ondas Wilkinson (WMAP) da NASA e o telescópio espacial Planck da Agência Espacial Europeia, tenham preenchido partes desta lacuna, as suas imagens contêm ruído e, sendo satélites, não puderam ser ajustadas e melhoradas depois de colocadas em órbita.
«Medir este sinal de reionização com mais precisão é uma importante fronteira da investigação do fundo cósmico de micro-ondas», afirmou o coautor Charles Bennett, professor de física na Johns Hopkins que liderou a missão espacial WMAP, no comunicado.
Para chegar a estas observações, os investigadores compararam os dados do telescópio CLASS com os das missões Planck e WMAP, reduzindo um sinal comum para a luz de micro-ondas polarizada.
«Para nós, o universo é como um laboratório de física. Melhores medições do universo ajudam a refinar nossa compreensão da matéria escura e dos neutrinos, partículas abundantes, mas indescritíveis, que preenchem o universo», acrescentou Bennett. «Ao analisar dados adicionais do CLASS no futuro, esperamos alcançar a maior precisão possível.»
