Hoje, estrelas enchem o céu noturno. Mas quando o universo estava em sua infância, não continha nenhuma estrela. E uma equipe internacional de cientistas está mais perto do que nunca de detectar, medindo e estudando um sinal desta era que tem viajado pelo cosmos desde que aquela era sem estrelas terminou, cerca de 13 bilhões de anos atrás.

Essa equipe - liderada por pesquisadores da Universidade de Washington, a Universidade de Melbourne, Curtin University e Brown University - relatado no ano passado no Astrophysical Journal que alcançou uma melhoria de quase 10 vezes nos dados de emissão de rádio coletados pelo Murchison Widefield Array. Os membros da equipe estão atualmente vasculhando os dados deste radiotelescópio na remota Austrália Ocidental em busca de um sinal revelador desta mal compreendida "era das trevas" do nosso universo.

Aprender sobre este período ajudará a resolver as principais questões sobre o universo hoje.

"Achamos que as propriedades do universo durante esta era tiveram um grande efeito na formação das primeiras estrelas e colocaram em movimento as características estruturais do universo hoje, "disse o membro da equipe Miguel Morales, um professor de física da UW. "A maneira como a matéria foi distribuída no universo durante aquela época provavelmente moldou como as galáxias e aglomerados galácticos são distribuídos hoje."

Antes desta era das trevas, o universo era quente e denso. Elétrons e fótons regularmente se enredavam, tornando o universo opaco. Mas quando o universo tinha menos de um milhão de anos, as interações elétron-fóton tornaram-se raras. O universo em expansão tornou-se cada vez mais transparente e escuro, começando sua era das trevas.

A era sem estrelas durou centenas de milhões de anos, durante os quais o hidrogênio neutro - átomos de hidrogênio sem carga total - dominou o cosmos.

"Para esta era das trevas, é claro que não há sinal baseado em luz que possamos estudar para aprender sobre isso - não havia luz visível! ", disse Morales." Mas há um sinal específico que podemos procurar. Vem de todo aquele hidrogênio neutro. Nunca medimos este sinal, mas sabemos que está lá fora. E é difícil de detectar porque nos 13 bilhões de anos desde que o sinal foi emitido, nosso universo se tornou um lugar muito agitado, cheio de outras atividades de estrelas, galáxias e até mesmo nossa tecnologia que abafa o sinal do hidrogênio neutro. "

O sinal de 13 bilhões de anos que Morales e sua equipe buscam é a emissão de rádio eletromagnética de que o hidrogênio neutro emanou em um comprimento de onda de 21 centímetros. O universo se expandiu desde então, estendendo o sinal para quase 2 metros.

Esse sinal deve abrigar informações sobre a era das trevas e os eventos que a encerraram, Disse Morales.

Quando o universo tinha apenas 1 bilhão de anos, átomos de hidrogênio começaram a se agregar e formar as primeiras estrelas, pondo fim à era das trevas. A luz dessas primeiras estrelas deu início a uma nova era - a Época da Reionização - na qual a energia dessas estrelas converteu grande parte do hidrogênio neutro em um plasma ionizado. Esse plasma domina o espaço interestelar até hoje.

"A Época da Reionização e a idade das trevas que a precedeu são períodos críticos para a compreensão das características do nosso universo, por exemplo, porque temos algumas regiões cheias de galáxias e outras relativamente vazias, a distribuição de matéria e potencialmente até mesmo matéria escura e energia escura, "disse Morales.

O Murchison Array é a principal ferramenta da equipe. Este radiotelescópio consiste em 4, 096 antenas dipolo, que pode captar sinais de baixa frequência, como a assinatura eletromagnética do hidrogênio neutro.

Mas esses tipos de sinais de baixa frequência são difíceis de detectar devido ao "ruído" eletromagnético de outras fontes saltando ao redor do cosmos, incluindo galáxias, estrelas e atividade humana. Morales e seus colegas desenvolveram métodos cada vez mais sofisticados para filtrar esse ruído e aproximá-los desse sinal. Em 2019, os pesquisadores anunciaram que filtraram a interferência eletromagnética - inclusive de nossas próprias transmissões de rádio - de mais de 21 horas de dados do Murchison Array.

Seguindo em frente, a equipe tem cerca de 3, 000 horas de dados de emissão adicionais coletados pelo radiotelescópio. Os pesquisadores estão tentando filtrar a interferência e chegar ainda mais perto daquele sinal indescritível do hidrogênio neutro - e da idade das trevas que ele pode iluminar.