Pela primeira vez, o Experimento Canadense de Mapeamento de Intensidade de Hidrogênio (CHIME) demonstrou que pode detectar o brilho de rádio extremamente fraco do gás hidrogênio do universo distante usando apenas suas próprias observações.
O resultado poderá dar aos cientistas uma forma mais rápida e menos dispendiosa de investigar a energia escura, o fenómeno ainda misterioso que se acredita estar a acelerar a expansão do Universo. Compreender a energia escura continua a ser um dos maiores problemas não resolvidos da física moderna. A conquista também é um marco importante para o CHIME, que foi originalmente projetado com esse tipo de medição em mente. As descobertas foram publicadas em O Jornal Astrofísico.
“O hidrogénio é o elemento mais comum no Universo e a matéria-prima a partir da qual as estrelas se formam,” disse o co-autor Dr. Arnab Chakraborty, pós-doutorando na Universidade de Toronto, que foi o primeiro a propor a descoberta. “A sua fraca emissão de rádio funciona como um traçador cósmico, revelando como a matéria está distribuída no espaço.”
Os cientistas propuseram explicações concorrentes para a natureza da energia escura. Como o CHIME pode agora fazer estas medições utilizando os seus próprios dados, os investigadores podem testar essas ideias de forma independente e reunir evidências que possam apoiar ou desafiar as teorias existentes.
“Esta é uma técnica completamente nova para sondar o cosmos, fornecida por um instrumento que foi concebido, construído e financiado por canadenses”, disse o co-autor Dr. Mark Halpern, professor do departamento de física e astronomia da UBC e investigador principal do CHIME. “É um novo passo ousado no programa de cosmologia global e uma história de sucesso canadense.”
Mapeando o Universo com Hidrogênio
CHIME é um radiotelescópio localizado perto de Penticton, British Columbia, e hospedado pelo National Research Council of Canada (NRC). O instrumento examina todo o céu do norte todos os dias.
O projeto reúne pesquisadores de todo o Canadá, incluindo cientistas da Universidade da Colúmbia Britânica, da Universidade McGill, da Universidade de Toronto e do Dominion Radio Astrophysical Observatory (NRC). Outros colaboradores norte-americanos, incluindo a Arizona State University, também participam do esforço.
Um dos principais objetivos do CHIME é mapear como o gás hidrogênio foi distribuído no universo anterior. Ao medir essa estrutura em grande escala, os astrónomos podem reconstruir como o Universo se expandiu ao longo do tempo e usar essas medições para investigar a energia escura.
Até agora, os investigadores do CHIME precisavam de comparar as suas observações de rádio com dados de levantamento de galáxias recolhidos por outros telescópios. Essas pesquisas abordam questões cosmológicas semelhantes, observando a luz das galáxias com muito mais detalhes. No entanto, eles podem custar milhões de dólares a mais e sondar principalmente regiões do universo que são quentes e densas o suficiente para a formação de estrelas.
Em vez disso, o CHIME mede a emissão de rádio combinada produzida pelo próprio hidrogênio. Essa abordagem permite aos investigadores examinar regiões muito maiores do cosmos, recuar no tempo e investigar questões semelhantes por uma fração do custo, sem depender de dados de outras pesquisas.
O que o sinal de hidrogênio revela
Num artigo anexo, os investigadores analisaram o que o sinal recentemente detetado pode dizer aos cientistas sobre como o hidrogénio foi distribuído por todo o Universo.
“Nossos dados indicam que cerca de dois por cento do hidrogênio no universo estava na forma atômica neutra neste momento, amplamente consistente com outras medições”, disse o co-autor Dr. Shabbir Shaikh, pós-doutorado na Arizona State University. “Ao medir como esse hidrogénio é distribuído e agrupado, o CHIME dá-nos uma nova forma de testar a nossa compreensão de como as galáxias se formam e evoluem.”
A medição oferece, portanto, mais do que uma nova forma de estudar a expansão cósmica. Também pode ajudar os investigadores a testar modelos de formação de galáxias e a compreender melhor como a matéria se organizou em todo o Universo.
Encontrando um sinal enterrado no ruído cósmico
A descoberta não chegou como um avanço repentino. Os pesquisadores tiveram que usar novos métodos de processamento e análise de dados para extrair o sinal extremamente fraco do hidrogênio de fontes de interferência muito mais fortes.
Esse pano de fundo incluía ruído de rádio do próprio universo, sinais produzidos pela tecnologia humana e até efeitos criados pelo telescópio. Depois de identificar a possível assinatura do hidrogénio, a equipa passou mais de um ano testando-a para garantir que o resultado era genuíno.
A sua análise mostrou, em última análise, que o sinal veio do hidrogénio no Universo distante, quando o Universo tinha cerca de cinco mil milhões de anos. O resultado foi baseado em 94 noites de observações coletadas em 2019.
“Trabalhamos muito para nos convencer de que não se tratava de um alarme falso”, disse o Dr. Chakraborty. “Depois de todos os testes, o sinal permaneceu. Isso nos deu a confiança de que estávamos vendo hidrogênio real do universo distante.”
Restam sete anos de observações CHIME
O novo resultado baseia-se apenas em uma pequena parte das informações que o CHIME reuniu desde que começou a operar.
Os pesquisadores agora têm quase sete anos de observações disponíveis para análise. Eles estão trabalhando para estender a técnica ainda mais na história cósmica, com o objetivo de estudar uma época em que o universo tinha apenas três bilhões de anos.
“Durante muito tempo, os astrofísicos acreditaram que havia um grande potencial nesta técnica de mapeamento de hidrogénio com este tipo de telescópio. Ao mostrar realmente que a técnica funciona na prática, abrimos uma janela totalmente nova sobre o universo. Podemos usá-la para testar as nossas teorias atuais e aprender coisas novas sobre galáxias e outras propriedades do universo,” disse o co-autor Dr. Simon Foreman, professor assistente na Arizona State University.
Este projeto é financiado pela Fundação Canadense para a Inovação, a Conselho Nacional de Pesquisa do Canadá, o Conselho de Pesquisa em Ciências Naturais e Engenharia e as províncias de British Columbia, Ontário e Quebec, e apoiado pela Aliança de Pesquisa Digital do Canadá.
Fonte: ScienceDaily
