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Quinta-feira, Agosto 18, 2022

Novo resultado lança dúvidas sobre a alegação de ‘Cosmic Dawn’

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A primeira grande tentativa de replicar evidências impressionantes do ‘amanhecer cósmico’ – o aparecimento das primeiras estrelas do Universo 180 milhões de anos após o Big Bang – confundiu o quadro.

Quatro anos depois que os radioastrônomos relataram ter encontrado uma assinatura da aurora cósmica, o radioastrônomo Ravi Subrahmanyan e seus colaboradores descrevem como eles flutuaram uma antena em um reservatório ao longo do rio Sharavati, no estado indiano de Karnataka, em busca desse sinal. “Quando procuramos, não encontramos”, diz Subrahmanyan, que liderou o esforço no Raman Research Institute em Bangalore, Índia. Os resultados de sua equipe aparecem hoje em Astronomia da Natureza.

As descobertas são “um marco muito importante no campo”, diz Anastasia Fialkov, física teórica da Universidade de Cambridge, Reino Unido. Ela e outros não estavam convencidos de que os sinais da aurora cósmica fossem reais. Os resultados da equipe Raman são os primeiros a colocar a alegação em um teste sério, diz ela – mas ela acha que eles ainda não têm o poder de descartá-la completamente.

Primeira detecção

Os resultados originais causaram sensação nos círculos cosmológicos, porque foram os primeiros a afirmar ter descoberto assinaturas da aurora cósmica. A luz das estrelas mais antigas do Universo observável teve que viajar por quase 14 bilhões de anos para chegar à Terra – tão longe que é muito fraca para ser vista diretamente com telescópios comuns. Mas os radioastrônomos têm procurado um efeito indireto, usando o espectro das ondas de rádio. A luz ultravioleta das primeiras estrelas teria causado o hidrogênio interestelar, que é transparente na maior parte do espectro eletromagnético, para ser ligeiramente opaco para um determinado comprimento de onda de rádio.

Em 20182, os astrônomos relataram ter visto uma queda no espectro de rádio primordial, centrado em uma frequência de cerca de 78 megahertz – que a equipe considerou uma evidência do amanhecer cósmico. Os pesquisadores usaram um instrumento em forma de mesa de centro no interior australiano, chamado Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature (EDGES).

Mas o sinal EDGES parecia ser uma coisa boa demais. A queda no espectro foi mais profunda e mais ampla do que as teorias cosmológicas haviam previsto. Para explicar uma impressão tão grande, os físicos teóricos propuseram uma série de mecanismos exóticos, como a presença de partículas elementares anteriormente desconhecidas com cargas elétricas milhares de vezes menores que a de um elétron.

Vários outros pesquisadores levantaram preocupações, enfatizando a dificuldade de encontrar a assinatura de rádio do amanhecer cósmico. As ondas de rádio do Universo primitivo são abafadas por uma cacofonia de ruído produzida por fontes na Galáxia, que são milhares de vezes mais altas. Procurar por assinaturas primordiais no espectro é comparável a tentar identificar as silhuetas de árvores no topo de uma montanha a muitos quilômetros de distância, explica Saleem Zaroubi, astrofísico da Universidade de Groningen, na Holanda.

Para subtrair o espectro galáctico corretamente, os pesquisadores precisam calcular com alta precisão como seu instrumento e o ambiente ao seu redor respondem a vários comprimentos de onda de rádio, também conhecidos como sistemática do experimento. A equipe do EDGES fez grandes esforços para modelar os efeitos causados ​​pelo solo do deserto no Observatório de Radioastronomia Murchison, na Austrália Ocidental, por exemplo, e passou dois anos verificando os dados antes de publicá-los. Mas alguns cientistas não se convenceram.

Novos experimentos

Desde então, uma série de experimentos concorrentes foram tentando cruzar as descobertas do EDGES. Em um esforço para escapar da presença confusa de interferência de radiofrequência de atividades humanas – e em particular de estações de rádio FM – equipes têm instalado antenas em alguns dos locais mais remotos da Terra.

Subrahmanyan, que agora está na Organização de Pesquisa Científica e Industrial da Commonwealth (CSIRO) em Perth, Austrália, adotou a abordagem sem precedentes de entrar na água. Ele e sua equipe foram para lagos na Índia para flutuar sucessivas encarnações de seu instrumento, chamado Shaped Antenna Measurement of the Background Radio Spectrum (SARAS). O SARAS tinha uma forma cônica destinada a facilitar o cálculo de sua resposta às ondas de rádio, e a água embaixo significava que a equipe não precisava lidar com a estrutura incerta e as propriedades de rádio do terreno.

“Fiquei impressionado com a inteligência que eles aplicaram no projeto do instrumento”, diz Lincoln Greenhill, um radioastrônomo do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica em Cambridge, Massachusetts.

A equipe do SARAS inicialmente experimentou em lagos de alta altitude, mas a água era muito salgada ou não era salgada o suficiente, o que afetou a forma como transmitiu as ondas de rádio. Eventualmente, os pesquisadores encontraram um lago com a salinidade certa mais perto de casa. Eles coletaram dados com uma antena chamada SARAS 3, que flutuaram em uma jangada de isopor em um reservatório ao longo do rio Sharavati, em março de 2020.

Subrahmanyan diz que os resultados do SARAS 3 excluem a detecção EDGES de uma assinatura cósmica do amanhecer. “No que nos diz respeito, não é astrofísico”, diz ele. A causa da queda observada pelo EDGES é possivelmente um erro do instrumento, observam os autores no artigo. No entanto, Subrahmanyan diz que é difícil especular sobre que tipo de efeito poderia ter produzido o resultado de 2018.

Ainda não acabou

“Estamos satisfeitos por ver o SARAS 3 funcionando bem e capaz de fazer medições nos níveis necessários para procurar estruturas espectrais semelhantes às que encontramos nas observações do EDGES”, diz Judd Bowman, astrônomo da Universidade Estadual do Arizona em Tempe, que é o cientista chefe do EDGES. Mas Bowman não está convencido de que o SARAS 3 tenha descartado os resultados de sua equipe. “Estas são medições desafiadoras, e muitos dos possíveis problemas sistemáticos que podem afetar o EDGES também podem ocorrer para o SARAS 3”, diz ele.

A equipe do SARAS não deu a última palavra sobre as descobertas do EDGES, diz Cynthia Chiang, radioastrônoma da Universidade McGill em Montreal, Canadá. “Longe disso”, diz ela. Chiang lidera um experimento que está tentando detectar a assinatura do amanhecer cósmico da Ilha Marion, na costa da África do Sul. Ela também está envolvida em um experimento no Ártico canadense e que pode ser implantado nos Andes chilenos.

Uma série de outros esforços estão em andamento, e mais estão começando. Subrahmanyan está iniciando um novo experimento no CSIRO, e seu ex-colaborador em Raman, o cosmólogo experimental Saurabh Singh, continuará os testes com uma nova antena SARAS. Singh também está participando de uma proposta à Organização de Pesquisa Espacial Indiana para uma espaçonave que poderia escapar da interferência de radiofrequência terrestre realizando medições no lado oculto da Lua. Qualquer que seja o destino final da reivindicação EDGES, Singh diz que a equipe por trás disso merece crédito pelo interesse renovado no amanhecer cósmico. “Isso reviveu essa área de pesquisa”, diz ele.

Este artigo é reproduzido com permissão e foi publicado pela primeira vez em 28 de fevereiro de 2022.



Fonte original deste artigo

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