Uma forma dinâmica de energia escura pode explicar estranho sinal de radiação do universo primitivo

Podemos já ter encontrado evidências de um tipo de energia escura evolutiva e dinâmica das primeiras estrelas do nosso universo. 

A energia escura, a entidade misteriosa que domina a energia do cosmos e parece estar acelerando a expansão do universo, apresenta um enigma cósmico para os cientistas.

A busca por energia escura indescritível pôde finalmente ser resolvida graças a uma estranha emissão de radiação das primeiras estrelas do universo. (Imagem: Shutterstock)

Em suma, os cosmólogos não têm ideia do que realmente é a energia escura. Então, eles estão inventando todos os tipos de modelos possíveis e explorando as consequências observacionais desses modelos, na esperança de encontrar alguma pista sobre o que é energia escura e como ela funciona.

Agora, novas pesquisas sugerem que já podemos ter encontrado evidências de um tipo evolutivo e dinâmico de energia escura, na forma da radiação emitida quando as primeiras estrelas apareceram no universo.

Bilhões de anos atrás, o universo era muito mais escuro do que é hoje. Demorou para que as primeiras estrelas e galáxias se aglutinassem e aparecessem e, quando o fizeram, transformaram completamente o cosmos.

Antes da formação das primeiras estrelas, o universo era dominado por uma fina névoa de hidrogênio neutro e gás hélio. Esse gás se formou durante a época conhecida como recombinação, um estágio que ocorreu quando nosso universo tinha 380 mil anos e esfriou a ponto de o plasma quente se tornar neutro – quando os elétrons finalmente puderam se ligar aos núcleos para formar os primeiros átomos.

Quando as primeiras estrelas se inflamaram, no entanto, sua intensa radiação rasgou o gás neutro, transformando-o de volta em um estado de plasma. E assim os cosmólogos chamaram o aparecimento das primeiras estrelas de "Aurora Cósmica" e a subsequente mudança de fase dramática do universo de "Época da Reionização". Esses eventos ocorreram cerca de algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang.

Ainda não temos medições diretas ou mapas da época cosmológica em que as primeiras estrelas e galáxias se formaram, ou da época da reionização. O principal desafio é que esses eventos ocorreram há muito tempo, então a luz dessas primeiras estrelas é incrivelmente fraca.

Uma janela aberta

Mas há outra janela para a Época da Reionização. O hidrogênio neutro emite radiação em um comprimento de onda extremamente específico: 21 centímetros (8,3 polegadas). Este não é um sinal forte, mas havia muito hidrogênio neutro no passado. Mas essa radiação foi emitida há bilhões de anos e, nas eras intermediárias, o universo se expandiu para ter cerca de 10 vezes seu tamanho anterior. Essa expansão esticou o comprimento de onda dessa radiação de 21 cm e, hoje, é detectável em comprimentos de onda de rádio.

Em 2018, uma equipe de astrônomos afirmou ter detectado o sinal de 21 cm emitido quando o universo tinha apenas 230 milhões de anos. Mas o sinal dessa radiação era mais do que duas vezes mais forte do que os cálculos teóricos sugeriam. Supondo que a observação seja válida (o que ainda é uma questão de debate, já que o resultado ainda não foi replicado por outra equipe), sugere que algo em nossa compreensão da história cósmica primitiva está errado.

Mais recentemente, Lu Yin, astrofísico do Centro de Física Teórica da Ásia-Pacífico, na Coreia do Sul, sugeriu uma nova possibilidade para explicar o estranho resultado.

Dinâmica no escuro

O trabalho de Yin, publicado no banco de dados de pré-impressão arXiv, explorou um modelo chamado energia escura interativa Chevallier-Polarski-Linder, ou ICPL. Neste modelo, a energia escura não é uma constante fixa do cosmos, mas uma entidade dinâmica que pode mudar e evoluir no tempo, resultando em mudanças na taxa de aceleração da expansão.

Mas essa capacidade de evoluir imediatamente abre uma questão: o que controla a maneira como a energia escura pode mudar? Em resposta, esse modelo permite que a energia escura interaja com a matéria escura; Seu comportamento está ligado, mantendo ambos sob controle à medida que o universo se expande.

Há mais observações cosmológicas do que o sinal de 21 cm. Então, para começar, Yin ajustou o modelo ICPL para se ajustar a outras observações, especialmente aquelas com foco na história recente de expansão do universo. Com um modelo ajustado em mãos, Yin então simulou a evolução do universo primitivo.

Yin descobriu que esse modelo ICPL fez com que estrelas e galáxias aparecessem mais cedo do que nos modelos cosmológicos padrão, o que tornou o modelo ICPL melhor em explicar o estranho sinal observado de 21 cm em comparação com os modelos cosmológicos tradicionais.

Este é um resultado intrigante, mas não um slam dunk. As observações de 21 cm ainda estão em disputa, e há outras possíveis explicações para o estranho sinal. Ainda assim, isso mostra como os cientistas podem abordar observações como essa e continuar a avançar nas fronteiras da compreensão da energia escura e da matéria escura.

Fonte: space.com