O maior objeto do Universo

Marcus WooDa BBC Earth

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Segundo um astrônomo, um vazio tão enorme não é comum, assim como é raro que uma área fria esteja coincidentemente alinhada com o vazio

Há mais de dez anos, enquanto mediam a temperatura do Universo, astrônomos encontraram algo estranho: uma faixa do espaço com uma largura equivalente a 20 luas e que era extraordinariamente fria.

A descoberta ocorreu quando esses cientistas exploravam a radiação de micro-ondas que envolve todo o Universo, conhecida como Radiação Cósmica de Fundo em Micro-ondas (CMB, na sigla em inglês). É a região que temos mais parecida com o que era o Universo quando ele foi criado.

A CMB permeia o espaço e tem praticamente o mesmo aspecto em todas as áreas, emitindo uma temperatura fria de 2.725 kelvins ─ apenas alguns graus a mais do que 0oC. Com o uso novos satélites com sondas para micro-ondas (WMAP, na sigla em inglês), os astrônomos passaram a tentar descobrir as mínimas variações de temperatura nessa massa.

Foi ali que eles encontraram essa área fria, que, apenas recentemente, foi atribuída a uma gigantesca caverna vazia, chamada de "supervazio" cósmico ─ tão grande que pode ser o maior objeto existente em todo o Universo.

Segundo a teoria, um vazio tão enorme, onde não existe nem uma mera estrela, pode deixar uma marca glacial na CMB.

A formação da área fria

Tudo o que existe no cosmos ─ galáxias e matéria negra invisível ─ se espalha pelo espaço em uma vasta rede de filamentos. Entre eles, há bolsões de vazio de várias formas e tamanhos.

Um vazio realmente grande pode atuar como uma lente, fazendo o CMB parecer mais frio do que é.

Tudo o que existe no cosmos ─ galáxias e matéria negra invisível ─ se espalha pelo espaço em uma vasta rede de filamentos

Assim como a maioria das coisas, a luz também está sujeita à influência da gravidade, que age sobre os fótons em seu trânsito. Mas dentro do vazio, a escassez de matéria faz com que não exista praticamente gravidade. Quando um fóton penetra no vazio, ele perde energia, mas depois pode recuperar a energia perdida.

Enquanto um fóton navega por um vazio, o Universo continua a se expandir. Quando o fóton sai do vazio, encontra a matéria mais espalhada. Por isso, o efeito da gravidade sobre ele não é tão forte.

Físicos descreveram esse fenômeno pela primeira vez no fim dos anos 60, mas ninguém nunca o observou. Depois da descoberta da área fria, astrônomos como Istvan Szapudi, da Universidade do Havaí, começaram a buscar provas desse comportamento, chamado efeito de integração Sachs-Wolfe (ISW), e as encontrou em 2008.

Szapudi e sua equipe procuraram pelo efeito ISW na análise estatísticas de cem vazios ou aglomerações de galáxias, e descobriram que o fenômeno muda a temperatura da CMB em cerca de 10 milionésimos de kelvin (ou 10 microkelvins).

Em comparação com a área fria, que tem uma temperatura 70 microkelving mais fria do que a média da CMB, trata-se de um efeito pequeno. Mas os cientistas conseguiram mostrar que os vazios podem criar áreas frias ─ e um supervazio seria capaz de formar uma grande área fria.

Para procurar pelo supervazio, Szapudi e seus colegas varreram uma área que cobriria o local onde estaria a área fria. Eles a encontraram a menos de 3 bilhões de anos-luz da Terra, e descobriram se tratar de um objeto gigantesco.

Seu raio mede mais de 700 milhões de anos-luz, o que faz dele provavelmente a maior estrutura física do Universo.

Segundo o astrônomo, um vazio tão enorme não é comum, assim como é raro que uma área fria esteja coincidentemente alinhada com o vazio. "É muito mais provável que o vazio esteja gerando a área fria", diz ele.

Dúvidas sobre a estrutura

Mas outros astrônomos ainda duvidam que se trate de um supervazio.

Patricio Vielva, da Universidade da Cantábria, na Espanha, que liderou a descoberta da área fria em 2004, acredita na possibilidade de essa região ser o resultado de uma textura cosmológica, um defeito no Universo semelhante às fissuras encontradas no gelo.

Segundo teoria, um vazio tão enorme no espaço pode deixar uma marca glacial na CMB

Em 2007, Vielva conseguiu demonstrar que se existe uma textura no Universo, ela poderia criar a área fria através do efeito ISW.

Já o astrônomo Rien van de Weijgaert, da Universidade de Groningen, na Holanda, acredita que a textura seja mera especulação.

"Para a maioria de nós, o supervazio ainda parece ser a melhor explicação para a área fria", afirma o holandês.

Para entender mais, é necessário coletar mais dados. Por enquanto, fazendo mais observações que possam trazer medidas mais precisas do tamanho e das propriedades do supervazio.

Se o supervazio for realmente confirmado, ele será a primeira medida de um objeto que deixa uma marca na CMB através do efeito ISW. Isso é importante não apenas pelo tamanho extraordinário da estrutura. "Teremos com ele uma maneira a mais para estudar a energia negra, que é uma das coisas mais intrigantes do Universo", afirma Szapudi.

Observatório na Antártica confirma existência de poderosas partículas cósmicas

Ilustração mostra as assinaturas energéticas dos neutrinos detectados pelo observatório IceCube tendo ao fundo o laboratório da colaboração instalado no Polo Sul Foto: IceCube Collaboration

RIO – Novos dados acumulados pelo Observatório de Neutrinos IceCube, na Antártica, confirmaram a existência de versões superenergéticas destas fugidias partículas subatômicas emitidas por fontes dentro e fora da nossa galáxia, a Via Láctea. Chamados coletivamente de neutrinos cósmicos, eles são produzidos por alguns dos mais poderosos fenômenos astrofísicos conhecidos, como buracos negros, explosões de supernovas e pulsares, e a detecção de 21 deles nos últimos anos abre caminho para um novo ramo na astronomia para o estudo destes objetos e seu papel na evolução do Universo.

Com uma massa ínfima e sem carga elétrica, os neutrinos praticamente não interagem com a matéria comum. Assim, apesar de serem gerados em enormes quantidades pelos mais variados processos físicos, desde a fusão nuclear que alimenta o Sol aos raios que cortam a atmosfera terrestre, a cada segundo trilhões deles atravessam nossos corpos e o próprio planeta sem deixar rastros de sua passagem. Ocasionalmente, no entanto, uns poucos neutrinos se chocam com outras partículas subatômicas, e é tirando proveito destas raras oportunidades que o IceCube os detecta.

Instalado na Antártica desde 2010, o observatório, o maior do tipo no mundo, é composto por 86 cabos com 5.160 sensores óticos do tamanho de bolas de basquete enterrados entre 1.450 e 2.450 metros de profundidade em um bloco de gelo com um volume de um quilômetro cúbico, além de outros 324 sensores em tanques na superfície do Polo Sul. 

Com esta configuração, o IceCube consegue ver os tênues e fantasmagóricos flashes de luz azul produzidos quando um neutrino por acaso colide com partículas de uma molécula de água do gelo, gerando uma cascata de partículas carregadas em um fenômeno conhecido como Radiação de Cherenkov.

Mas detectar neutrinos é apenas o primeiro passo na busca pelas suas versões superenergéticas, já que estas partículas existem em pelos menos três diferentes “sabores” (chamados neutrinos do elétron, neutrinos do múon e neutrinos do tau) com variados níveis de energia dependendo do fenômeno que os produziu. Tanto que dos mais de 35 mil neutrinos registrados pelo IceCube entre maio de 2010 e maio de 2012, apenas 28 tinham uma assinatura energética indicativa de serem provenientes de fontes de fora do Sistema Solar, ou seja, neutrinos cósmicos. Dois deles inclusive, apelidados “Ernie” e “Bert” (personagens do programa infantil de TV “Vila Sésamo” conhecidos no Brasil como Ênio e Beto), tinham tamanha energia que os cientistas ainda não sabem que processo astrofísico poderia tê-los produzido.

Assim, neste novo estudo, os cientistas do IceCube – uma colaboração internacional de instituições dos EUA, Alemanha, Suécia, Bélgica, Suíça, Japão, Canadá, Nova Zelândia, Austrália, Reino Unido, Coreia do Sul e Dinamarca – se focaram em neutrinos cujos cálculos de trajetória indicavam estarem vindo do céu no Hemisfério Norte, usando a própria Terra como “filtro” para diminuir o “ruído” produzido por fontes de versões menos energéticas destas partículas, assim como por outras mais “interativas” do que eles.

- Procurar por neutrinos do múon que atingem o detector atravessando a Terra é a maneira que o IceCube deve fazer a astronomia de neutrinos, e foi isso que ele nos entregou – comemora Francis Halzen, professor de física da Universidade de Wisconsin em Madison, EUA, e cientista-chefe da colaboração, que publicou artigo que relata as novas detecções nesta quinta-feira no periódico científico “Physical Review Letters”. - Isto é o mais próximo que vamos chegar de uma confirmação independente com um único instrumento.

Segundo os pesquisadores, os níveis de energia exibidos pelos neutrinos vindos do céu no Hemisfério Norte são similares aos observados dos neutrinos superenergéticos detectados do Hemisfério Sul, o que sugere que muitas de suas fontes estão mesmo além da Via Láctea. Isso porque se um número significativo destas fontes estivesse dentro da nossa galáxia, o IceCube teria detectado uma grande quantidade de neutrinos de alta energia emanando do plano da Via Láctea, região onde boa parte delas estaria.

- O plano da galáxia é onde estão as estrelas, é onde os raios cósmicos são acelerados, então seria de onde esperaríamos ver mais fontes – explica Albrecht Karle, também professor de física da Universidade de Wisconsin em Madison e autor sênior do artigo no “Physical Review Letters”. - Os neutrinos de mais alta energia que observamos, porém, vêm de direções distribuídas ao acaso, numa sólida confirmação de que a descoberta de neutrinos cósmicos de além da nossa galáxia é real.

Mas apesar de os traços de luz deixados pela Radiação de Cherenkov permitirem apontar a região do céu de onde os neutrinos superenergéticos vieram com uma precisão razoável, de menos de um grau, o IceCube ainda não detectou um número significativo deles sendo emitidos por uma única fonte. Assim, aumentar a sensibilidade dos sensores e instrumentos, o volume de detecções e os métodos para analisá-las serão fundamentais para de fato transformar a chamada astronomia de neutrinos, trazendo informações que podem percorrer milhões de anos-luz e atravessar estrelas, planetas e nuvens de poeira e gás sem sofrerem alterações, em uma realidade.

- Estes neutrinos podem melhorar nossa compreensão sobre alguns do mais poderosos processos do Universo - destaca Karle. - Eles podem nos contar sobre propriedades fundamentais da física de partículas e a origem e natureza da matéria escura.

Leia mais: http://extra.globo.com/noticias/saude-e-ciencia/observatorio-na-antartica-confirma-existencia-de-poderosas-particulas-cosmicas-17250938.html#ixzz3jOmjho00