Há muito tempo, milhões de anos antes da primeira estrela surgir, todo o universo era um mar de trevas.
Começando cerca de 400.000 anos após o Big Bang e durando centenas de milhões de anos, essa chamada idade das trevas do universo marcou a última vez em que o espaço vazio realmente estava vazio; sem planetas, sóis, sem galáxias, sem vida - apenas uma névoa de átomos de hidrogênio forjada pelo Big Bang e deixada para mergulhar na escuridão.
Hoje, telescópios ao redor do mundo estão tentando vislumbrar esse hidrogênio primordial (conhecido como hidrogênio neutro) para identificar o momento em que a idade das trevas finalmente terminou e as primeiras galáxias se formaram. Embora esses átomos antigos permaneçam ilusórios, uma equipe de pesquisadores do interior australiano pode ter chegado mais perto de encontrá-los do que nunca.
De acordo com o novo estudo publicado no banco de dados de pré-impressão arXiv e que logo aparecerá no Astrophysical Journal, os astrônomos usaram o radiotelescópio Murchison Widefield Array (MWA) para investigar profundamente o passado cósmico em busca do comprimento de onda da assinatura do hidrogênio neutro. Eles não encontraram o que procuravam - no entanto, usando novas configurações na matriz recentemente atualizada do telescópio, a equipe determinou o limite mais baixo de todos os tempos para a força do sinal de hidrogênio neutro.
"Podemos dizer com confiança que se o sinal de hidrogênio neutro fosse mais forte do que o limite estabelecido no artigo, o telescópio o detectaria", disse o co-autor do estudo Jonathan Pober, professor assistente de física da Universidade Brown na Rhode Island. Isso significa que a busca por essas moléculas antigas ainda está em andamento, e agora os pesquisadores sabem que as pegadas de hidrogênio neutro são ainda mais fracas do que o previsto.
Os primeiros átomos
A energia que circulava no universo primitivo era tão forte que todo átomo teve seus elétrons arrancados, dando-lhes uma carga positiva. O primeiro desses átomos foi o íon hidrogênio carregado positivamente. Ao longo de centenas de milhares de anos, o universo esfriou e se expandiu o suficiente para que esses íons hidrogênio recuperassem seus elétrons, tornando-se neutros mais uma vez. Acredita-se que esses átomos neutros de hidrogênio sejam a característica dominante da idade das trevas cósmica. (Eventualmente, quando um número suficiente deles se juntou para formar as primeiras estrelas, os átomos foram ionizados novamente pela energia irradiada dessas estrelas.)
Os cientistas sabem que o hidrogênio neutro emite radiação no comprimento de onda de 21 centímetros - no entanto, como o universo se expandiu nos últimos 12 bilhões de anos, esses comprimentos de onda também se estenderam. Os autores do novo estudo estimaram que o comprimento de onda do hidrogênio neutro se estendeu para cerca de 2 metros - e esse é o sinal que eles procuraram nos céus para usar o MWA.
O problema é que existem muitas fontes (tanto artificiais quanto celestiais) que irradiam no mesmo comprimento de onda.
"Todas essas outras fontes são muitas ordens de magnitude mais fortes do que o sinal que estamos tentando detectar", disse Pober. "Mesmo um sinal de rádio FM refletido em um avião que passa por cima do telescópio é suficiente para contaminar os dados".
Assim, Pober e seus colegas escreveram um conjunto de equações para identificar e eliminar esses contaminantes em suas observações. Depois de tirar mais de 1.200 fotografias de ondas de rádio do céu, os pesquisadores determinaram que todos os vestígios de emissões de 2 metros encontrados vieram de algum lugar que não fosse o hidrogênio neutro que procuravam.
Enquanto o sinal atômico premiado permanece sem ser descoberto, a nova pesquisa consegue restringir a aparência de futuras pesquisas por hidrogênio neutro. Segundo os pesquisadores, esses resultados mostram que os experimentos da MWA estão liderando essa caçada pelo caminho certo. Com mais pesquisas, as últimas relíquias da idade das trevas cósmica poderão em breve ser trazidas à luz.
