O LADO DINÂMICO DO INÍCIO DO UNIVERSO: APENAS 380 MIL ANOS APÓS O BIG BANG

Em colaboração com Planck, que inclui o CNRS, a French Alternative Energies, a Comissão de Energia Atômica (CEA), a Agência Nacional Espacial Francesa (CNES) e várias universidades e instituições francesas, acabam de lançar dados de quatro anos de observação pela Agência Espacial Europeia (ESA) pela nave espacial Planck. O objetivo da missão Planck é estudar a radiação cósmica de fundo, a luz que sobraram do Big Bang. As medidas, tomadas em nove faixas de freqüência, foram utilizadas para mapear não só a temperatura da radiação, mas também a sua polarização(1), que fornece informações adicionais sobre tanto o Universo jovem (quando era 380 mil anos de idade) quanto o campo magnético de nossa Galáxia.

Polarização da radiação cósmica de fundo. Crédito: ESA - colaboração, Planck / E. Hivon / CNRS

Polarização da radiação cósmica de fundo.
Crédito: ESA – colaboração, Planck / E. Hivon / CNRS

Os dados e os artigos foram submetidos à revista Astronomy & Astrophysics, e estão disponíveis no site da ESA (2). Esta informação permitirá os cientistas determinar melhor o conteúdo de matéria e energia do Universo, a idade do nascimento das primeiras estrelas, e a taxa a que o espaço está se expandindo.

De 2009 a 2013, a Planck da ESA observou a radiação cósmica de fundo (CMB), a luz mais antiga do Universo. O legado deste projeto compreende uma grande quantidade de dados de valor inestimável de importância fundamental para diversos campos da astrofísica. Ele inclui um mapa da emissão polarizada de poeira interestelar, um catálogo de 13.188 nuvens densas e frias em nossa galáxia e de 1653 aglomerados de galáxias detectados através de sua interação com a CMB, bem como informações sobre a maneira em que a matéria foi gradualmente agrupados ao longo dos últimos 10.000 milhões anos, e, por último, mas não menos importante, um mapa cheio da CMB. O mapa permite aos pesquisadores ver a distribuição da matéria a cerca de 380 mil anos após o Big Bang. Graças a este dado, o nosso conhecimento do Universo primitivo tem assumido um novo impulso, tornando possível explorar todos os aspectos do modelo cosmológico.

A radiação micro-ondas de fundo cósmico.

No mapa fornecido, as cores mostram os desvios da temperatura da radiação cósmica de fundo a partir do seu valor médio. As regiões mais frias são azuis e as regiões mais quentes, vermelhas e fornecem evidências de variações na densidade da matéria no início da história do Universo. O mapa também fornece evidências subjacentes da direção e intensidade de polarização. Eles formam uma marca que mostra o movimento da matéria, que cai em direção às regiões mais densas e escapa de regiões que são menos densas. Estas estruturas podem ser observadas no céu em diferentes escalas. Os novos dados permitem que o conteúdo físico do Universo a seja determinado com precisão:

  • 4,9% de sua energia hoje é composta de matéria comum,
  • 25,9% é composto de matéria escura, cuja natureza ainda é desconhecida,
  • 69,2% são compostos de outro tipo de energia, que é diferente da matéria escura e cuja natureza exata é ainda mais intrigante.

O momento em que as primeiras estrelas nasceram agora pode também ser determinado, e está estimado em cerca de 550 milhões de anos após o Big Bang. Por último, graças à altíssima precisão dos dados, os pesquisadores foram capazes de calcular a taxa atual em que o espaço está em expansão, o que dá ao Universo uma idade estimada de 13.770 bilhões de anos.

No entanto, são os dados relativos à polarização da CMB que realmente impulsionou a capacidade dos cosmólogos para testar uma série de hipóteses sobre o Universo, tanto no que diz respeito as leis físicas que o regem e as propriedades de seus constituintes (como neutrinos e matéria escura [3]). Além disso, o novo catálogo de aglomerados de galáxias, tornou possível refinar os parâmetros cosmológicos que governam a formação de estruturas no Universo, como a massa de neutrinos e época de reionização [4]. Hoje, esses dados fornecem aos pesquisadores de todo o mundo com uma base particularmente sólida para explorar as épocas mais antigas, logo após o Big Bang, e especialmente o fenômeno conhecido como inflação cósmica, que é pensado para ter transformado o que foi, provavelmente, um Universo inicialmente altamente caótico em um meio relativamente homogêneo salpicado com pequenas flutuações de densidade que eventualmente levaram à formação de galáxias.

Planck lança um olhar sobre o magnetismo da nossa Galáxia

Em nossa galáxia, o espaço interestelar não está vazio. Ele contém gás e minúsculos grãos de poeira, o assunto a partir do qual novas estrelas e seus planetas são formados em todas as galáxias. Poeira interestelar emite radiação nos comprimentos de onda observados pela sonda Planck. O espaço interestelar, assim como a Terra e o Sol, é permeado por um campo magnético. O campo magnético tende a alinhar os grãos, que polariza a sua radiação. Pela primeira vez, esta polarização Planck medido ao longo de todo o céu.

A descoberta do magnetismo da nossa galáxia está ligada à das partículas de alta energia conhecidas como raios cósmicos. Sem um campo tão magnético, estas partículas são aceleradas pelas supernovas a velocidades próximas à da luz, e iriam escapar rapidamenteda galáxia. A força magnética mantém-as, enquanto que o próprio campo magnético é controlada pela matéria interestelar. A matéria, campo magnético e os raios cósmicos interagem entre si, constituindo um sistema dinâmico. Embora o papel importante do campo magnético neste trio há muito se sabe, os dados disponíveis para estudar ainda era muito fragmentado. Os astrofísicos têm buscado entender como a gravidade supera o campo magnético para desencadear a formação de estrelas.

A missão Planck obteve agora dois novos mapas completos da polarização do céu, um deles pela emissão do síncrotron [5] dos elétrons na radiação cósmica, e outro da emissão de poeira interestelar. Os dados revelam a estrutura do campo magnético galáctico em detalhes sem precedentes. A polarização tanto da emissão de sincrotrons e da emissão da poeira indicam a direção do campo magnético. Interpretando as observações é complicado, uma vez que só temos acesso à projeção de uma estrutura, que, por definição, é tridimensional. Os dados devem ser comparados com os modelos e simulações numéricas, a fim de compreender a interação entre matéria e do campo magnético. Este trabalho já começou no âmbito do consórcio Planck, mas ainda há muito a ser feito, dada a densidade da informação contida nos dados.

Notas:

  1. A polarização é uma propriedade da luz da mesma maneira como a cor ou a direção de propagação. Embora esta propriedade seja invisível ao olho humano, é familiar para nós (por exemplo, óculos de sol com lentes polarizadas ou óculos 3D para o cinema). Um feixe de luz de propagação, na verdade resulta de pequenas vibrações de um campo elétrico e um campo magnético. Quando o campo elétrico oscila preferencialmente em uma determinada direção, dizemos que a luz é polarizada. Certos fenômenos físicos produzem luz polarizada, naturalmente, o que é o caso da radiação cósmica de fundo. A polarização é medida por dois instrumentos a bordo da nave espacial em sete canais que vão 30-353 GHz. A informação está atualmente disponível para quatro dos sete canais: nos três canais do instrumento de baixa frequência e no canal 353 GHz do instrumento de alta frequência.
  2. Os resultados são acessíveis a partir de http://www.cosmos.esa.int/web/planck/publications
  3. Veja http://www.sciencedaily.com/releases/2014/12/141204121356.htm
  4. O Universo primordial foi ionizado: elétrons e prótons não foram combinadas. A emissão do CMB corresponde à formação de átomos de: o universo tornou-se neutra. No entanto, a partir do estudo de quasares sabe-se que hoje o Universo é ionizado, e tem sido assim há mais de 12 ou 13 bilhões de anos. Assim, entre 380 mil e 1 bilhão de anos do Universo foi reionizado..
  5. Emissão Synchrotron (Sincroton) é a radiação emitida por qualquer partícula carregada na presença de um campo magnético. Seu nome refere-se aos aceleradores de partículas, onde esta radiação é especialmente intensa. A intensidade da radiação depende da energia dos elétrons e da intensidade do campo magnético.

Fonte: Science Daily

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