Os astrônomos descobriram uma relíquia cósmica desde o início dos tempos que revela quando as primeiras estrelas ganharam vida. Ao fazer isso, eles podem ter revelado uma pista tentadora de como a matéria escura influenciou nosso universo primitivo.

Antes de mergulharmos no que é esta relíquia, precisamos viajar de volta a um tempo logo após o Big Bang, que ocorreu 13,8 bilhões de anos atrás. Naquela época, o universo era uma confusão quente rodopiante de plasma, uma coleção densa de partículas altamente carregadas (ou ionizadas). Conforme o plasma resfriou e o universo se expandiu, hidrogênio neutro (o átomo mais básico consistindo em um próton e um elétron) começou a formar aproximadamente 370, 000 anos depois que nosso universo ganhou vida. Eventualmente, este gás hidrogênio neutro aglutinou-se sob a gravidade, desencadeando a formação das primeiras estrelas que irromperam com poderosos raios-X.

Exatamente quando o "amanhecer cósmico" ocorreu, Contudo, foi aberto ao debate. Aconteceu há muito tempo, e a primeira luz daquelas antigas estrelas bebês é muito fraca até mesmo para o mais avançado observatório detectar.

No entanto, uma antena de rádio do tamanho de uma geladeira localizada na Austrália Ocidental ajudou a resolver o debate. Faz parte do experimento para detectar a assinatura da época global de reionização, ou EDGES. Em sua busca do amanhecer cósmico, os pesquisadores do projeto têm estado ocupados sondando outra fonte de radiação antiga chamada de fundo de microondas cósmico, ou o CMB. Muitas vezes chamado de arrebatamento do Big Bang, esta radiação preenche o universo e posso ser detectado, portanto, é útil para investigar a época mais antiga da existência de nosso universo.

O sinal mais importante:uma queda no tempo

Vamos voltar aos primeiros dias do universo. Como os fótons CMB viajaram através do hidrogênio neutro interestelar na época em que as primeiras estrelas ganharam vida, uma impressão digital de nascimento estelar estava embutida nesses fótons. Bilhões de anos depois, os astrônomos acabam de ver seu sinal - um "mergulho" revelador em uma frequência específica.

"Esta é a primeira vez que vimos qualquer sinal deste início do Universo, além do brilho do Big Bang, "o astrônomo Judd Bowman disse à Nature. Bowman, que trabalha na Arizona State University em Tempe, liderou o estudo que foi publicado na revista Nature em 28 de fevereiro.

Encontrar esse sinal não foi uma tarefa fácil. Os pesquisadores passaram dois anos confirmando e reconfirmando suas descobertas, tentando determinar se o sinal realmente era uma janela para a aurora cósmica ou um ruído infeliz de nossa galáxia. Eles até tiveram que descartar meticulosamente a interferência de rádio da atividade humana na Terra e perto dela.

"Depois de dois anos, passamos em todos esses testes, e não consegui encontrar nenhuma explicação alternativa, "Bowman retransmitido para a Natureza." Nesse ponto, começamos a sentir entusiasmo. "

Esse sinal importantíssimo foi uma queda na energia do CMB a uma frequência de 78 megahertz. Eis o porquê:a poderosa radiação de raios-X das primeiras estrelas alterou o comportamento do gás hidrogênio neutro no espaço interestelar. Ao fazer isso, como os fótons CMB viajaram através deste gás hidrogênio, absorveu uma determinada frequência - então, em vez de procurar uma emissão específica, os astrônomos têm procurado um tipo específico de absorção, ou uma certa frequência de radiação CMB que estava faltando. Essa queda só pode ter sido causada pelos primeiros acessos de raiva de raios-X das primeiras estrelas.

À medida que o universo está se expandindo, hora extra, esta banda de absorção foi esticada. Então, medindo precisamente o quão extenso esse mergulho se tornou, os pesquisadores conseguiram calcular sua idade. Com todo esse conhecimento em mãos, eles perceberam que as primeiras estrelas nasceram não antes de 180 milhões de anos após o Big Bang. Mas isso não é tudo. Os pesquisadores foram capazes de registrar o momento preciso em que o sinal foi trocado desligado .

Essas primeiras estrelas levaram vidas difíceis e rápidas, queimando brilhante e morrendo rapidamente como supernovas. Esta morte em massa gerou raios-X muito energéticos, aumentando a temperatura do hidrogênio neutro do ambiente, cortando sua frequência de absorção característica CMB. Isso aconteceu cerca de 250 milhões de anos após o Big Bang. Com efeito, esta pesquisa abriu uma janela para a aurora cósmica, um que começou 180 milhões de anos após o nascimento do nosso universo e terminou 70 milhões de anos depois - um período que representa o curto espaço de tempo das primeiras estrelas.

Esta escavação da arqueologia cósmica pode revolucionar nossa visão das primeiras épocas do nosso universo. Essas primeiras estrelas foram as fábricas que produziram os primeiros elementos pesados, semeando nosso universo com elementos que enriqueceriam as populações posteriores de estrelas, produzindo elementos cada vez mais pesados ​​que eventualmente formaram a vasta coleção de objetos estelares, planetas e, em última análise, vida. Então, ver este momento importante é vislumbrar os primeiros estágios embrionários da química diversa de nosso universo.

"Se realmente queremos entender a escada cósmica de nossas origens, esta é uma etapa crítica para entender, "acrescentou Bowman.

A Matéria da Matéria Negra

Este trabalho parece ter tropeçado em outra coisa, também.

Em um estudo diferente da Nature com base neste sinal CMB, outro grupo de pesquisa observa que a queda em 78 megahertz também é notável por ser dramática. Embora represente apenas uma queda de energia de 0,1 por cento, esse mergulho é duas vezes mais poderoso do que a teoria prevê. Isso pode significar que houve mais radiação do que o previsto no amanhecer cósmico, ou que o hidrogênio neutro estava sendo resfriado por algo . Se o último for comprovado como correto, que "algo" pode ser matéria escura.

Como todos sabemos, teoriza-se que a matéria escura incorpora a maior parte da massa do universo. Por meio de medições indiretas, astrônomos sabem que está lá fora, mas eles simplesmente não conseguem "ver" isso. Sua interação é tão fraca que só podemos detectar sua força gravitacional. Mas a profundidade desse mergulho CMB pode ser um sinal proveniente dos efeitos da matéria escura na época em que as primeiras estrelas estavam surgindo, de volta quando se teoriza que a matéria escura é fria.

Se for esse o caso, as coisas ficaram ainda mais emocionantes:se a profundidade desse mergulho está sendo amplificada pela matéria escura fria, isso significa que as partículas são menores do que os modelos atuais de matéria escura prevêem. Em outras palavras, essa pesquisa pode refinar a busca pela matéria escura e explicar por que os físicos ainda não descobriram o que é.

"Se essa ideia for confirmada, então aprendemos algo novo e fundamental sobre a misteriosa matéria escura que constitui 85 por cento da matéria no universo, "acrescentou Bowman em um comunicado." Isso forneceria o primeiro vislumbre da física além do modelo padrão. "

Estas são, sem dúvida, descobertas significativas e podem revolucionar nossa visão do cosmos, mas os pesquisadores ressaltam que este é apenas o começo de muitos anos de pesquisa focada. À luz da descoberta do mergulho, outros observatórios estão sendo reequipados para estudar esta frequência interessante, como o projeto Hydrogen Epoch of Reionization Array (HERA) localizado no deserto de Karoo, na África do Sul. O projeto European Low-Frequency Array (LOFAR) visa dar um passo adiante e mapear o sinal para ver como ele varia no céu. Se a matéria escura está amplificando este sinal, os astrônomos deveriam ver um padrão distinto.

Embora haja um caminho a percorrer antes que todas essas evidências se transformem em uma descoberta revolucionária, é emocionante pensar que os astrônomos não apenas abriram uma janela para o amanhecer cósmico; eles podem ter aberto uma janela para as origens da matéria escura, também.

A taxa de expansão do universo, conhecida como a constante de Hubble, em homenagem ao astrônomo Edwin Hubble, tem variado nas décadas desde que foi inicialmente pensado. A taxa atual é estimada em 73 quilômetros (45,3 milhas) por segundo por megaparsec. Um megaparsec equivale a aproximadamente 3,3 milhões de anos-luz.