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 depois, depois que o universo esfriou o suficiente para a formação de átomos, ele entrou em uma fase longa e silenciosa conhecida como “Idade das Trevas”. Este período durou cerca de 0,1 mil milhões de anos, terminando quando as primeiras estrelas e galáxias finalmente se acenderam 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 preservem informações valiosas sobre os estágios iniciais da história cósmica.
Simulações do universo primitivo e da 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 composição 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 das emissões de rádio durante a Idade das Trevas com uma precisão sem precedentes.
O que o sinal pode revelar sobre a matéria escura
Simulações sugerem que durante a Idade das Trevas o gás hidrogênio produziu um sinal distinto com uma temperatura de brilho de cerca de 1 milikelvin (um milésimo de grau) em média no céu. É importante ressaltar que espera-se que a matéria escura cause variações de tamanho semelhante neste sinal.
Medir o sinal de rádio global numa ampla gama de frequências de cerca de 45 MHz pode, portanto, fornecer informações importantes sobre a matéria escura, incluindo a massa e o movimento das suas partículas.
Por que os cientistas estão olhando 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. Várias missões lunares futuras, incluindo o projeto Tsukuyomi do Japão, pretendem colocar radiotelescópios na Lua por esse motivo.
Se estes instrumentos lunares conseguirem captar sinais de rádio antigos, 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 Credenciamento
A HP foi apoiada em parte pela concessão NSF PHY-2309135 ao Instituto Kavli de Física Teórica (KITP). reconhece o apoio financeiro da NY JSPS International Leading Research 23K20035. RB e NY reconhecem JSPS Invitational Fellowship S24099.
