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Artigo, na PRL, de pós-doc do CBPF, revela sutilezas na radiação cósmica de fundo

Há cerca de 13,8 bilhões de anos, o universo passou por um processo – comumente comparado a uma explosão e popularmente denominado Big Bang – que deu origem ao tempo e ao espaço e do qual o universo se desenvolveu como o conhecemos. Um pós-doc do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas, no Rio de Janeiro (RJ), o cosmólogo teórico Giovanni Marozzi – que neste mês de dezembro assumirá um cargo como professor permanente – e colegas publicaram na revista científica Physical Review Letters resultados que têm a ver com o ‘ruído’ do Big Bang que permeia todo o espaço à nossa volta.

Atualmente, passados tantos bilhões de anos, essa radiação – denominada radiação cósmica de fundo (RCF) – nada mais é do que uma ‘luz’ muito fraca e ‘fria’, na faixa das micro-ondas – a mesma radiação usada nos fornos domésticos. Como todo tipo de radiação eletromagnética, a RCF é formada por fótons (partículas de luz). O espectro eletromagnético, além das micro-ondas, inclui ondas de rádio, responsáveis pelas transmissões radiofônicas; infravermelho (ondas de ‘calor’); luz visível, aquela que podemos enxergar; ultravioleta, presente na radiação solar e causadora de câncer de pele; raios X, usados em exames médicos; e radiação gama, emitida por elementos radioativos e a mais energética das ondas eletromagnéticas.

Desde o Big Bang, a RCF tem interagido com as grandes estruturas do universo (por exemplo, galáxias, aglomerados de galáxias etc.). Essa interação faz com que os fótons dessa radiação sofram uma deflexão semelhante àquela por qual passam os raios de luz do Sol ao atravessarem uma lupa. Daí esse fenômeno ser denominado ‘lenteamento de RCF’ (ou ‘CMB lensing’, em inglês). Mais: a interação entre essa luz e as grandes estruturas fez com que a RCF sofresse alterações extremamente sutis – além daquelas mais ‘fortes’, que os físicos denominam como ‘ordem principal’ – no modo como seus fótons oscilam (ou vibram).

 

Correções sutis

A RCF – descoberta por acaso em meados da década de 1960, quando dois pesquisadores tentavam calibrar um tipo especial de antena – pode também ser entendida como um tênue ‘calor’ residual do Big Bang. Sendo assim, essa radiação tem uma temperatura, e os astrofísicos sabem que ela é cerca de 2,7 kelvin (ou algo perto de 270 graus celsius negativos).

Marozzi e colegas estimaram como sutilezas dessa deflexão podem ser detectadas por experimentos presentes e futuros que irão se dedicar a essas medidas de lenteamento. Dito de modo bem simples, Marozzi e colegas mostraram como certas ‘correções’ muito sutis – para além da simples medida da temperatura da RCF – não são negligenciáveis e, portanto, deixaram suas ‘digitais’ na vibração (ou polarização) dos fótons primordiais.

Conhecer essas sutilezas ajudará a estimar com mais precisão certas propriedades do universo (por exemplo, densidade de matéria, velocidade de expansão etc.), bem como a fornecer informações sobre a intensidade (amplitude) das ondas gravitacionais primordiais.

Segundo Marozzi, negligenciar essa interação ‘mais fina’ dos fótons com as estruturas de larga escala pode levar a interpretações equivocadas sobre certas propriedades do universo. Mais especificamente, entre as intensidades das primeiras ondas gravitacionais e as perturbações que deram origem a grandes estruturas, como aglomerados de galáxias.

 

Desafio tecnológico

No entanto, essas medidas, pelo grau necessário de precisão, são um grande desafio tecnológico, pois a interação daqueles fótons primordiais com as estruturas em larga escala do universo deixam ‘marcas’ extremamente tênues nos fótons da RCF.

Mas esse desafio deve ser encarado por experimentos de última geração. Um deles é o CMB-S4 (sigla, em inglês, para Experimento de Radiação Cósmica de Fundo de Estádio 4), uma rede de telescópios que está, no momento, construindo sua quarta geração de sensores ultrassensíveis (à base de materiais supercondutores de eletricidade), localizada no Polo Sul e no deserto do Atacama (Chile).  CMB-S4 deverá começar a coletar dados no início da próxima década, quando atingirá a marca de 500 mil detectores – o estádio 3, atual, tem cerca de 10 mil deles.

 

Sítio no deserto do Atacama (Chile) em que está sendo construído o experimento CMB-S4, que fará  medidas da radiação cósmica de fundo

(Crédito: CMB-S4 collaboration)

 

Esse resultado de Marozzi e colegas é parte de uma série de artigos relacionados ao tema de lenteamento da RCF – todos eles assinados pelo pós-doc italiano no CBPF.

Recentemente, Marozzi venceu uma bolsa (muito disputada) que deu direito a ele de passar 28 dias no Centro Europeu de Pesquisas Nucleares (CERN), visitando o Departamento de Física Teórica desse conceituado laboratório europeu. Lá, Marozzi apresentou um seminário justamente sobre o tema do artigo da PRL: lenteamento por RCF.

No CBPF, o pós-doc de Marozzi é supervisionado por Nélson Pinto Neto, cosmólogo recentemente homenageado em seu 60º aniversário de vida (http://portal.cbpf.br/index.php/ultimas-noticias/404-conferencia-ira-comemorar-o-60-aniversario-do-cosmologo-nelson-pinto-neto-do-cbpf).

 

Mais informações:

PRL: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.118.211301

Seminário CERN: https://indico.cern.ch/event/640423/

Arxiv: https://arxiv.org/abs/1605.08761

https://arxiv.org/abs/1612.07263

https://arxiv.org/abs/1612.07650

CMB-S4: https://cmb-s4.org/index.php

 

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