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Assim foi feita a luz no universo depois de 180 milhões de anos de escuridão

A detecção de um sinal de rádio do universo primitivo é o primeiro indício da formação das estrelas

Recriação artística do aspecto que poderiam ter as primeiras estrelas.
Recriação artística do aspecto que poderiam ter as primeiras estrelas.

Dizem as teorias cosmológicas que há 13,7 bilhões de anos, um ponto infinitamente denso começou a se expandir a uma velocidade superior à da luz. Poucos segundos depois daquele Big Bang, o cosmos já era imenso e tinham sido lançadas as bases do universo que conhecemos, embora ainda fosse um mundo estranho. O eco daquela explosão ficou gravado em um fundo cósmico de micro-ondas que permeia tudo, mas quando apenas 380.000 anos tinham passado, veio a escuridão. A massa de partículas que formavam o universo antigo começou a esfriar e permitiu que prótons e elétrons se juntassem para formar hidrogênio neutro, gás que absorveu a maioria dos fótons ao seu redor. Isso tornou o universo opaco e deu origem à Era das Trevas do Universo, um período fora do alcance dos telescópios que detectam a luz visível.

Durante quase 200 milhões de anos, os germes do universo que conhecemos se alimentaram na sombra do espaço-tempo. A matéria foi se agrupando assistida pelo poder gravitacional da matéria escura e, finalmente, as primeiras estrelas nasceram. Esses astros — enormes, azuis e de vida breve — começaram a emitir uma radiação ultravioleta que mudou o ecossistema cósmico. A radiação modificou o estado energético dos átomos de hidrogênio que se tornaram independentes da radiação cósmica de fundo e começou a amanhecer no universo.

Hoje, um grupo de pesquisadores liderados por Judd Bowman, da Universidade do Estado do Arizona (EUA), publicou na revista Nature a detecção de um sinal produzido 180 milhões de anos depois do Big Bang, que se torna a prova mais antiga que temos da formação de estrelas. A conquista se deve a uma antena especial, do tamanho de uma geladeira, colocada em uma região remota da Austrália. Ali, longe das interferências de rádio e dos artefatos humanos, os pesquisadores colocaram um receptor que tinha um objetivo bem definido pelos físicos teóricos. No momento de perder sua neutralidade, o hidrogênio começou a emitir ou absorver a radiação circundante em um comprimento de onda específico: 21 centímetros, equivalente a uma frequência de 1.420 megahertz. Com a expansão do universo e seguindo a norma da mudança para o vermelho, pela qual o comprimento de onda da radiação aumenta com a distância, os astrônomos calcularam que o sinal chegaria à Terra numa frequência próxima aos 100 megahertz.

O detector utilizado para captar o sinal instalado no Observatório Radioastronômico de Murchison, do CSIRO, na Austrália Ocidental ampliar foto
O detector utilizado para captar o sinal instalado no Observatório Radioastronômico de Murchison, do CSIRO, na Austrália Ocidental

Apesar de terem projetado um detector extremamente sofisticado, capaz de capturar esse sinal e distingui-lo da radiação cósmica que banha continuamente nosso planeta (os autores descreveram a conquista como detectar o bater de asas de um beija-flor no meio de um furacão), no início os pesquisadores não encontraram o sinal esperado. Em sua abordagem inicial, calcularam a amplitude de emissão daquele hidrogênio primordial, contando que estaria mais quente do que o seu entorno. Mas, pensaram depois, talvez estivessem errados. Quando mudaram o modelo assumindo que o gás estaria mais frio e reduziram a frequência de busca, encontraram o sinal de ondas de rádio que estavam perseguindo ao redor dos 78 megahertz.

Depois de encontrar o sinal da formação das primeiras estrelas, o mistério da temperatura do hidrogênio deixou espaço para indagar nessa segunda incógnita. O que havia esfriado esse gás? Uma das possibilidades seria que a temperatura da radiação do universo naquela época fosse maior que a do fundo cósmico de micro-ondas estudado por sondas como a europeia Herschell. Outra opção é a que foi proposta por um segundo artigo publicado no mesmo número da Nature. Esse trabalho, dirigido por Rennan Barkana, do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), sugere que as interações com a matéria escura, muito mais fria do que a convencional, explicariam o descompasso entre as teorias e o que foi observado.

Os dois trabalhos abrem uma janela para uma fase da história cósmica até agora opaca. É a primeira vez que se observa esse período em que os ancestrais das nossas estrelas e nossas galáxias começaram a se formar. Agora, outros observatórios poderão continuar investigando esse período sabendo melhor onde procurar e ao longo do caminho é possível que a busca de matéria escura se ajuste melhor. Essa substância, que representa mais de 80% da totalidade da matéria do universo, desempenhou um papel fundamental na evolução do universo e continua a fazê-lo. E, apesar do nome, tirou o cosmos de quase 200 milhões de anos de escuridão.

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