Para investigar um dos maiores mistérios do cosmos, astrônomos estão recorrendo ao elemento mais abundante que existe: o hidrogênio. A colaboração responsável pelo radiotelescópio canadense CHIME conseguiu identificar o sinal desse gás no Universo distante sem depender de levantamentos externos de galáxias. O resultado demonstra uma maneira de estudar a distribuição da matéria e prepara o caminho para futuras investigações sobre a energia escura.
O avanço ainda não revela a natureza desse componente associado à expansão acelerada do Universo. Sua importância está em demonstrar que uma ferramenta desenvolvida para enfrentar essa pergunta consegue funcionar de forma independente.
Como o hidrogênio ajuda a mapear o cosmos?
O hidrogênio atômico neutro emite um sinal de rádio conhecido como linha de 21 centímetros. Durante a viagem até a Terra, a expansão do espaço alonga essa radiação, alterando o comprimento de onda que os instrumentos recebem.
Observar o sinal em diferentes frequências permite investigar o gás em diferentes épocas cósmicas. A técnica de mapeamento de intensidade combina a emissão de grandes regiões, sem exigir a identificação de cada galáxia individualmente.
A ideia se parece com observar as luzes de uma cidade à distância: mesmo sem distinguir cada residência, é possível reconhecer áreas mais concentradas e regiões menos ocupadas. No caso do CHIME, o interesse está nos padrões de distribuição e agrupamento do hidrogênio.
Segundo a Universidade Estadual do Arizona, participante da colaboração, esses padrões oferecem uma perspectiva complementar aos mapas construídos pela observação de galáxias uma a uma.
O que o CHIME conseguiu fazer de diferente?
Em trabalhos anteriores, os pesquisadores precisavam cruzar as observações de rádio do CHIME com catálogos de outros instrumentos. Essa comparação ajudava a identificar a presença do sinal cosmológico.
Agora, a equipe mediu as variações da emissão usando apenas os dados do próprio radiotelescópio. O artigo científico disponível no arXiv descreve a análise de 94 noites de observação e uma detecção estatística de aproximadamente 12,5 sigma. Os pesquisadores também dividiram os dados em faixas independentes para testar a consistência do resultado.
As observações correspondem a uma época em que o Universo tinha aproximadamente cinco bilhões de anos. Conforme o comunicado reproduzido pelo Instituto Kavli do MIT, os dados vieram de observações realizadas em 2019, seguidas por um longo trabalho de processamento e verificação.
O maior obstáculo era separar o sinal do ruído
A emissão procurada é muito fraca. Outras fontes de rádio no céu, interferências humanas e características do próprio equipamento podem encobri-la.
Para enfrentar isso, a colaboração aprimorou a identificação de interferências, a filtragem de emissões indesejadas e o tratamento dos dados. O estudo submeteu o resultado a diferentes verificações para procurar contaminações e efeitos instrumentais capazes de imitar uma detecção.
Essa etapa é central para o futuro do projeto. Quanto mais precisa a medição, maior a necessidade de entender o que pertence ao Universo distante e o que surge do instrumento ou do ambiente de observação.
Onde entra a energia escura?
A distribuição da matéria muda ao longo da história cósmica. Comparar seus padrões em diferentes épocas permite testar previsões sobre o crescimento das estruturas e a expansão do espaço.
É nesse ponto que entra a energia escura: os astrônomos querem compreender por que a expansão passou a acelerar e quais modelos descrevem melhor esse comportamento. Mapas de hidrogênio podem acrescentar uma linha independente de investigação.
A independência também ajuda a conferir resultados. Se técnicas diferentes produzirem medições incompatíveis, os cientistas poderão investigar erros ainda desconhecidos nos instrumentos, limitações das análises ou problemas nas teorias utilizadas. Uma divergência exige verificação antes de indicar uma nova física.
O próximo passo exige mais dados e precisão
A análise apresentada utiliza uma pequena parte do material acumulado pelo CHIME. Na divulgação do resultado, a equipe informou ter quase sete anos de observações disponíveis e planos de alcançar períodos ainda mais antigos.
O objetivo agora é melhorar a precisão e o controle das contaminações. Detectar o sinal foi uma demonstração importante; transformá-lo em uma ferramenta capaz de distinguir explicações para a energia escura exigirá novas medições e análises.
