Os dados mais recentes do SPT assinalam uma “nova era” na medição da primeira luz do Universo

A luz mais antiga do universo tem estado a viajar pelo espaço desde logo após o Big Bang. Conhecida como radiação cósmica de fundo em micro-ondas, é impercetível ao olho humano. Mas se os cientistas a conseguirem captar, utilizando alguns dos detetores mais sensíveis alguma vez fabricados, pode dizer-nos como o nosso Universo se formou e evoluiu ao longo do tempo.

Os investigadores divulgaram medições sensíveis, sem precedentes, da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, resultantes de dois anos de observações com uma câmara melhorada do SPT (South Pole Telescope). O telescópio, localizado na Estação Amundsen-Scott da NSF (National Science Foundation), na Antártida, e financiado conjuntamente pela NSF e pelo Departamento de Energia dos EUA, foi concebido especificamente para mapear a luz muito ténue da radiação de fundo em micro-ondas.

Os resultados, divulgados no passado dia 25 de junho, são impressionantes – a precisão dos pormenores da radiação cósmica de fundo em micro-ondas excede a de todas as medições anteriores, mesmo as efetuadas a partir do espaço. Quando combinados com dados de outros telescópios terrestres, oferecem uma nova referência para restringir as possíveis respostas a questões importantes sobre o Universo.

“Este é um momento decisivo para a cosmologia da radiação de fundo em micro-ondas”, disse Tom Crawford, diretor-adjunto do SPT e professor investigador na Universidade de Chicago. “É o início de uma nova era, em que a nossa compreensão do Universo será avançada em grande parte por experiências terrestres da radiação de fundo em micro-ondas”.

As novas leituras fornecem um controlo cruzado do nosso modelo fundamental do Universo. À medida que forem sendo divulgados mais dados, estes irão aperfeiçoar vários testes de grandes questões pendentes na cosmologia, tais como a natureza da energia escura e o ritmo a que o Universo se está a expandir.

Restrições cósmicas

A radiação cósmica de fundo em micro-ondas, por vezes referida como o brilho remanescente do Big Bang, data de há mais de 13 mil milhões de anos, do período imediatamente após a formação do nosso Universo. Isto torna-a uma fonte de informação incrivelmente rica – se a conseguirmos avistar, claro.

Esta radiação é extremamente ténue, e as suas variações são ainda mais ténues. Para ter a possibilidade de a captar, é necessário um céu muito limpo e condições de observação perfeitamente secas, condições essas que se encontram na Antártida.

O SPT, gerido por uma colaboração liderada pela Universidade de Chicago, tem estado a mapear esta radiação desde 2007. Ao longo dos anos, foram instaladas várias câmaras no telescópio, mas a mais recente, conhecida como SPT-3G, tem mais detetores do que as versões anteriores. Os dados do mais recente resultado foram obtidos em 2019 e 2020 e representam os dois primeiros anos de observações da SPT-3G na sua potência total. Cobrem cerca de 1/25 do céu, mapeando-o com mais pormenor do que qualquer outra medição deste tipo.

Uma das principais utilizações para estes dados é a de colocar restrições nas muitas possíveis respostas às nossas questões sobre o Universo, tais como a forma como se formou e as leis fundamentais que regem a sua evolução. Os dados fornecidos pela radiação cósmica de fundo em micro-ondas ajudam a orientar a procura de uma imagem coesa de tudo o que existe.

O melhor modelo atual para explicar a formação do cosmos é conhecido como Lambda-CDM. No entanto, estudos recentes têm revelado indícios tentadores de que o modelo Lambda-CDM pode não ser o quadro completo. Há também um debate em andamento sobre o ritmo de expansão do Universo, conhecido como “tensão de Hubble”, que teria ramificações significativas para a nossa compreensão do Universo e na qual a radiação cósmica de fundo em micro-ondas desempenha um papel fundamental.

Os novos resultados do SPT, publicados num artigo científico codirigido por Etienne Camphuis, investigador pós-doutorado da equipa de Silva Galli no Instituto de Astrofísica de Paris do CNRS (Centre national de la recherche scientifique), e Wei Quan do Laboratório Nacional Argonne (EUA), vêm reforçar significativamente esta imagem.

As descobertas confirmam a tensão de Hubble de forma independente com uma significância estatística muito elevada, disse o grupo, ao mesmo tempo que se mantêm consistentes com outras limitações da radiação cósmica de fundo em micro-ondas, incluindo as da missão do satélite Planck e do ACT (Atacama Cosmology Telescope), no Chile.

Também acentuam uma anomalia que surgiu recentemente no nosso quadro cosmológico – a discordância entre as restrições à radiação cósmica de fundo em micro-ondas e as dos levantamentos em grande escala dos movimentos das galáxias (particularmente os resultados recentes do DESI, ou Dark Energy Spectroscopic Instrument).

À medida que mais dados do SPT-3G forem sendo disponibilizados, continuarão a constituir uma forma independente e cada vez mais poderosa de testar hipóteses.

“Se houver realmente um afastamento do modelo padrão, poderemos vê-lo com muito mais força com os próximos conjuntos de dados”, disse Quan. “Se for um sinal real, será ampliado”.

Padrão de ouro a partir do solo

Anteriormente, o padrão de ouro para as medições da radiação cósmica de fundo em micro-ondas eram os dados do satélite Planck, obtidos há mais de uma década. Agora, os novos dados do SPT, quando combinados com os dados do ACT, estabelecem um novo padrão – um momento pelo qual muitos no campo têm estado à espera, disseram os cientistas.

Os telescópios espaciais, como o Planck, têm a vantagem de ter uma visão mais nítida, uma vez que a atmosfera da Terra não está a perturbar a visão.

Mas é substancialmente mais fácil operar um telescópio a partir do solo. É muito mais fácil criar um instrumento complexo que funcione mesmo num local tão inóspito como a Antártida do que conceber algo que tenha de sobreviver a um lançamento de foguetão e às condições do espaço. “Se algo se avariar num telescópio terrestre, podemos ir lá e repará-lo”, disse Brad Benson, professor associado de astronomia e astrofísica na Universidade de Chicago e diretor de operações do SPT. “Não é possível fazer isso no espaço”.

Os avanços nos detetores e no design estão finalmente a permitir que os telescópios terrestres igualem ou rivalizem com os dados do Planck.

“Durante anos, o Planck definiu efetivamente, por si só, o nosso modelo cosmológico”, disse Camphuis. “No entanto, em ciência, é importante confirmar as medições. Com o SPT e o ACT, temos agora um conjunto quase totalmente independente de medições com um poder de restrição semelhante”.

Estes novos resultados representam menos de um-quarto dos dados obtidos com a SPT-3G no SPT.

“Isto é apenas o início”, disse Crawford. “A imagem só vai ficar mais interessante”.

// Universidade de Chicago (comunicado de imprensa)
// Artigo científico (arXiv)

Saiba mais:

Universo:
Radiação cósmica de fundo em micro-ondas (Wikipedia)
A expansão acelerada do Universo (Wikipedia)
Universo (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Época da Reionização (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)
Modelo Lambda-CDM (Wikipedia)

SPT (South Pole Telescope):
Página principal
Wikipedia
SPT-3G (Fermilab)

ACT (Atacama Cosmology Telescope):
Página principal (Universidade de Princeton)
Wikipedia

Observatório Planck:
ESA (ciência e tecnologia)
ESA (centro científico)
ESA (página de operações)
NASA
Arquivo do Legado Planck (ESA)
Wikipedia