Herschel ajuda a encontrar sinais elusivos do inicio do universo

Esta impressão de artista mostra como os fotões na Radiação Cósmica de Fundo são deflectidos por lentes gravitacionais à medida que viajam pelo Universo. As lentes gravitacionais criam pequenas distorções adicionais ao padrão das flutuações de temperaturas da Radiação Cósmica de Fundo. Uma pequena fracção é polarizada; um componente desta luz polarizada, modos-B, tem uma outra assinatura graças aos efeitos de lentes gravitacionais. Esta "impressão digital" foi descoberta pela primeira vez ao combinar dados do Telescópio do Pólo Sul com dados do Observatório Espacial Herschel da ESA.Crédito: Colaboração ESA e Planck

 

Usando um telescópio na Antárctica e o observatório espacial Herschel da ESA, astrónomos fizeram a primeira detecção de uma reviravolta subtil na radiação-relíquia do Big Bang, pavimentando o caminho para revelar os primeiros momentos da existência do Universo. O sinal elusivo foi encontrado no modo como a primeira luz no Universo foi desviada durante a sua viagem até à Terra por enxames galácticos e matéria escura, uma substância invisível que é apenas detectada indirectamente através da sua influência gravitacional.

 

A descoberta aponta para a busca de evidências de ondas gravitacionais nascidas durante a rápida fase de "inflacção" do Universo, um resultado fundamental antecipado pela missão Planck da ESA. Esta radiação relíquia do Big Bang - a Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas - foi impressa no céu quando o Universo tinha apenas 380.000 anos. Hoje, cerca de 13,8 mil milhões de anos depois, vemo-la como ondas de rádio por todo o céu a uma temperatura de apenas 2,7 graus acima do zero absoluto.

 

As pequenas variações nesta temperatura - que rondam algumas dezenas de milionésimo de grau - revelam flutuações de densidade no início do Universo correspondentes às sementes de galáxias e estrelas que vemos hoje. O mapa de todo o céu mais detalhado das variações de temperatura da Radiação Cósmica de Fundo foi revelado pelo Planck em Março. 

Os modos-E e os modos-B na polarização da Radiação Cósmica de Fundo (painéis à esquerda e à direita, respectivamente) e o potencial gravitacional da distribuição a larga-escala de matéria polarizada na Radiação Cósmica de Fundo pelo Telescópio do Pólo Sul e pelo Herschel (painel central).Crédito: Imagem de D. Hanson, et al., 2013, Physical Review Letters, 111, 141301

 

Mas a Radiação Cósmica de Fundo contém muitas mais informações. Uma pequena fracção da radiação é polarizada, tal como a luz que vemos usando óculos polarizados. Esta luz polarizada tem dois padrões distintos: modos-E e modos-B. Os modos-E foram detectados pela primeira vez em 2002 com um telescópio terrestre. Os modos-B, no entanto, são potencialmente muito mais excitantes para os cosmólogos, embora sejam muito mais difíceis de detectar.

 

Eles podem surgir de duas formas. A primeira envolve a adição de uma reviravolta para a luz que atravessa o Universo e é desviada por galáxias e matéria escura - um fenómeno conhecido como lente gravitacional. O segundo tem as suas raízes bem enterradas na mecânica de uma fase muito rápida da enorme expansão do Universo, que os cosmólogos acreditam ter acontecido apenas durante uma minúscula fracção de segundo após o Big Bang - a "inflacção". O novo estudo combinou dados do Telescópio do Pólo Sul e do Herschel para fazer a primeira detecção da polarização do modo-B na Radiação Cósmica de Fundo devido ao efeito de lentes gravitacionais.

 

"Esta medição foi possível graças a uma combinação inteligente e única de observações terrestres do Telescópio do Pólo Sul - que mediu a luz do Big Bang - com observações espaciais do Herschel, que é sensível às galáxias que traçam a matéria escura que provoca o efeito de lente gravitacional," afirma Joaquin Vieira, do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, que liderou a pesquisa do Herschel usada no estudo. Ao usar as observações do Herschel, os cientistas mapearam o material de lente gravitacional ao longo da linha de visão e, em seguida, procuraram correlações entre esse padrão e a luz polarizada proveniente da Radiação Cósmica de Fundo, medida pelo Telescópio do Pólo Sul. 

Observação conjunta do Telescópio do Pólo Sul (esquerda) e do Herschel (direita). Crédito: Imagem de G. Holder et al., 2013, The Astrophysical Journal Letters, 771, L16

 

"É muito importante termos sido capazes de detectar este pequeno sinal de modo-B e é um bom presságio para a nossa capacidade de, finalmente, medir um tipo ainda mais evasivo do modo-B criado durante o Big Bang inflacionário," acrescenta Duncan Hanson da Universidade McGill, em Montreal, Canadá, autor principal do artigo publicado esta semana na Physical Review Letters. Os cientistas acreditam que durante a inflacção, colisões violentas entre aglomerados de matéria e entre matéria e radiação, deveriam ter criado um mar de ondas gravitacionais.

 

Hoje em dia, essas ondas deveriam estar impressas num componente primordial do modo-B da Radiação Cósmica de Fundo. A descoberta de tal sinal daria informações cruciais sobre o Universo muito jovem, bem antes do momento da criação da própria Radiação Cósmica de Fundo, e providenciaria a confirmação do cenário de inflacção.

 

Em 2014, novos resultados serão divulgadas pelo Planck da ESA, e o mais aguardado é saber se foram detectados modos-B primordiais. Entretanto, o Herschel ajudou a apontar o caminho. É muito bom ver este engenhoso uso dos dados do Herschel em conseguir a primeira detecção de lentes gravitacionais de modo-B na polarização da Radiação Cósmica de Fundo", afirma Göran Pilbratt, cientista do projecto Herschel da ESA. "Este trabalho mostra ainda outro uso do tesouro de dados do Herschel."

Fonte: Astronomia On-Line