O que vem por aí para a cosmologia após a descoberta da onda gravitacional de referência?

Ilustração da História do Universo

A parte inferior desta ilustração mostra a escala do universo em função do tempo. Eventos específicos são mostrados, como a formação de hidrogênio neutro 380.000 anos após o big bang. Antes dessa época, a interação constante entre matéria (elétrons) e luz (fótons) tornava o universo opaco. Após esse tempo, os fótons que agora chamamos de CMB começaram a fluir livremente. (Crédito da imagem: Colaboração BICEP2)

A luz mais antiga do universo ainda tem alguns segredos para compartilhar.

Em março, os astrônomos anunciaram que o telescópio BICEP2 no Pólo Sul detectou evidências de ondas gravitacionais primordiais na radiação cósmica de fundo (CMB), a luz antiga que começou a saturar o universo 380.000 anos após o Big Bang.



Se for o caso, a descoberta confirma a teoria da inflação cósmica, que postula que o universo se expandiu muito mais rápido do que a velocidade da luz logo após o Big Bang, explodindo de flutuações quânticas minúsculas em algo de tamanho macroscrópico em algumas frações minúsculas de um segundo. [ Como a inflação deu ao universo o impulso final (infográfico) ]

A inflação é a força misteriosa que explodiu a escala do universo infantil de submicroscópico a gigantesco em uma fração de segundo. Veja como a teoria da inflação cósmica para o Big Bang e o universo

A inflação é a força misteriosa que explodiu a escala do universo infantil de submicroscópico a gigantesco em uma fração de segundo. Veja como funciona a teoria da inflação cósmica para o Big Bang e a expansão do universo neste infográfico da Space.com .(Crédito da imagem: por Karl Tate, artista de infográficos)

Diversas equipes de pesquisadores ao redor do mundo estão, portanto, correndo para confirmar essa descoberta, procurando a assinatura da onda gravitacional - um tipo de polarização no CMB conhecido como 'modos B' - em dados coletados por seus próprios instrumentos. Mas outros astrônomos já estão olhando para o futuro, considerando quais informações adicionais eles poderiam extrair do CMB com ferramentas novas e avançadas.

E de fato ainda há muito a aprender, os astrônomos Joseph Silk e Jens Chluba escreveram em um artigo 'Perspectivas' publicado online hoje (7 de maio) na revista Science.

Por exemplo, um espectrômetro espacial super-sensível poderia medir variações de temperatura no CMB com precisão sem precedentes. Essas variações revelam áreas de diferentes densidades, que foram as sementes que eventualmente deram origem às estrelas, galáxias e todas as outras estruturas cósmicas vistas hoje.

'Os otimistas diriam que com uma melhoria tão grande na sensibilidade, alguém está fadado a descobrir uma nova física, abrindo assim uma janela inexplorada para o universo primordial, espiando além das anisotropias CMB e profundamente na era pré-desacoplamento,' Silk and Chluba escrever, referindo-se ao tempo em que os fótons e a matéria estavam acoplados.

Até cerca de 380.000 anos após o Big Bang, o universo era uma névoa opaca e escaldante de plasma e energia. Então, em uma época conhecida como recombinação, as temperaturas caíram o suficiente para permitir a formação de átomos eletricamente neutros, tornando o universo transparente. Por volta dessa época, os fótons também se desacoplaram da matéria e a luz começou a viajar livremente pelo cosmos, dando origem ao CMB.

Uma futura missão espacial poderia ter como alvo específico os espectros de hidrogênio e hélio dessa época antiga, potencialmente entregando uma riqueza de informações aos pesquisadores, escrevem Silk e Chluba.

'Detectar a radiação de recombinação forneceria a prova definitiva de que o universo resfriou de um plasma primitivo quente, testando um aspecto fundamental do modelo do Big Bang e fornecendo um padrão-ouro para medir distorções produzidas pela mais antiga estrutura em formação', eles escrevem.

Massas em movimento geram ondas de radiação gravitacional que expandem e comprimem o espaço-tempo. Veja como as ondas gravitacionais funcionam neste infográfico da Space.com.

Massas em movimento geram ondas de radiação gravitacional que expandem e comprimem o espaço-tempo. Veja como as ondas gravitacionais funcionam neste infográfico da Space.com .(Crédito da imagem: por Karl Tate, artista de infográficos)

Localizar esses espectros será uma tarefa difícil, disse Silk, acrescentando que estudos de missões espaciais CMB em potencial são necessários para determinar se os espectrômetros de imagem podem fornecer a sensibilidade necessária.

'A questão principal será aprofundar a contribuição das galáxias empoeiradas que dominam o fundo difuso do infravermelho distante nas frequências onde qualquer assinatura espectral da recombinação do universo pode ser detectada,' Silk, do Institut d'Astrophysique de Paris , disse ao Space.com por e-mail. 'Superar tal fundo provavelmente requer alta resolução angular, além dos requisitos espectroscópicos.'

As missões de estudo do CMB conhecidas como PIXIE (Primordial Inflation Explorer) e PRISM (Polarized Radiation Imaging and Spectroscopy Mission) foram propostas à NASA em 2011 e à Agência Espacial Europeia em 2013, respectivamente. Não se sabe no momento se alguma variação ou atualização do PIXIE ou do PRISM poderia fazer o trabalho, disse Chluba, que trabalha na Universidade Johns Hopkins em Baltimore.

'Essa é uma das razões pelas quais escrevemos este artigo, para fazer as pessoas pensarem sobre tudo isso, também com o objetivo' final 'de almejar as linhas de recombinação cosmológica em mente', disse Chluba à Space.com por e-mail.

As missões futuras podem ter um objetivo ainda mais alto.

“Um objetivo mais exótico seria buscar manchas espectroscopicamente desviantes no céu CMB, como traços da formação de outros universos”, escreveu a dupla na Science. 'Eles são previstos em uma inflação eterna, por meio da qual um grande número de outros universos deve ter se separado do nosso no passado para explicar por que habitamos apenas um pedaço favorável de um multiverso vasto e quase sempre inóspito.'

Alguns astrônomos pensam que certas anomalias já observadas no CMB podem de fato ser assinaturas da formação de outros universos, disse Silk. Mas ele deixou claro que montar uma missão dedicada para caçar ou confirmar essas assinaturas não seria um piquenique.

“Estamos aqui na terra da fantasia científica”, disse ele.

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