[Imagem: NASA/ARCADE/Roen Kelly]
Ruído cósmico desconhecido
Um estranho ruído cósmico está intrigando a comunidade científica mundial. Até o momento, os pesquisadores não têm explicações para a origem do misterioso sinal cósmico registrado por um balão estratosférico operado pela Nasa, a agência espacial norte-americana.
Segundo o diretor de Satélites e Aplicações e Desenvolvimento da Agência Espacial Brasileira (AEB), Thyrso Villela, a descoberta surpreendeu a todos, ao demonstrar que a ciência ainda "não compreende a natureza da maneira como acreditávamos entender", necessitando "aperfeiçoar" os modelos empregados para explicar fenômenos naturais.
"Esse sinal não havia sido previsto pelos modelos que temos hoje para explicar a origem e a evolução do Universo. É, literalmente, um mistério, algo não explicável pelos modelos físicos de que dispomos hoje", afirmou Villela.
Primeiras estrelas do Universo
O anúncio sobre a detecção do sinal foi feito durante a reunião da Sociedade Astronômica Americana, realizada na Califórnia (EUA). Segundo Alan Kogut e Michael Seiffert, pesquisadores que participam do projeto Arcade (do inglês, Radiômetro Absoluto para Cosmologia, Astrofísica e Emissão Difusa), o sinal desconhecido em frequências de rádio foi detectado enquanto o balão estratosférico da NASA buscava fontes de energia emitidas pelas primeiras estrelas a se formarem no Universo, há dezenas de bilhões de anos.
"Em 2005, os componentes feitos em São José dos Campos foram incorporados ao experimento ARCADE", diz Thyrso Villela. "O rigoroso controle dos erros instrumentais e a excelente sensibilidade do instrumento permitiram essa detecção", continua ele.
"Esperávamos medir um sinal de rádio que tivesse sido produzido pelas primeiras estruturas a se formar no universo. Ao invés disso, medimos um sinal seis vezes mais intenso e não havia forma de explicar isso", disse Villela, que participa do projeto Arcade junto com o também brasileiro Alexandre Wuensche, do grupo de Cosmologia Observacional da Divisão de Astrofísica do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe).
Radiação Cósmica de Fundo em Microondas
A imensa maioria dos objetos cósmicos emite ondas de rádio. Em 1931, o físico Karl Jansky detectou, pela primeira vez, um ruído estático em rádio emanada pela própria Via Láctea, a galáxia à qual o nosso Sistema Solar pertence.
O Universo como um todo é permeado por um sinal residual do Big Bang (teoria segundo a qual o Universo teria se originado a partir da explosão de um único átomo primordial).
Esse sinal residual, conhecido como Radiação Cósmica de Fundo em Microondas, pode ser verificado em frequências de rádio e microondas. Esse sinal foi descoberto em 1965 pelos astrofísicos Arno Penzias e Robert Wilson, que ganharam o Prêmio Nobel de Física de 1978 pela descoberta.
Novo ruído cósmico de fundo
Contudo, não existe um suficiente número de galáxias no Universo capazes de explicar a intensidade do estranho sinal detectado, seis vezes mais intenso que o produzido pelas estruturas mais antigas. Dessa forma, ele não pode ser atribuído a nenhum sinal já conhecido.
Segundo Dale Fixsen, um dos pesquisadores do projeto, "as galáxias teriam que estar praticamente coladas umas às outras, não havendo nenhum espaço entre elas", para que o sinal dessas fontes pudesse ser medido com essa intensidade.
Em conseqüência, o sinal emitido pelas primeiras estrelas encontra-se submerso nesse novo ruído de fundo cósmico, e sua detecção agora passa a ser uma tarefa ainda mais complicada.
A identificação e o estudo do sinal das primeiras estrelas podem trazer pistas importantes sobre o processo de formação das galáxias quando o Universo tinha menos da metade de sua idade e melhorar o nosso entendimento sobre como as fontes de rádio evoluíram no universo primordial.
Entendendo como as coisas funcionam na natureza
"O grande problema é que não existem idéias que possam explicar de forma objetiva a origem desse sinal. Supomos que as primeiras estrelas a se formar no Universo podem ter formado buracos negros e emitido esse sinal, mas ainda não fizemos as contas para verificar se algo assim explicaria a descoberta", disse Villela. "Ao nos depararmos com esse sinal tivemos que considerar várias possibilidades de erro, recalibrar instrumentos e refazer cálculos, pensando outras hipóteses que pudessem explicar tais sinais".
Para o cientista, embora pareça não ter qualquer vínculo com o cotidiano das pessoas, a descoberta é importante. "O objetivo inicial da ciência é entender como as coisas funcionam na natureza, entender a física que rege nosso mundo. Se conseguirmos entender como essas estruturas se formaram no universo, podemos descobrir aplicações que podem revolucionar nosso dia a dia", argumentou Villela, lembrando que o raio-laser já havia sido observado quase cem anos antes do homem dominar sua utilização. "Esse sinal pode ser uma nova pista de como a natureza funciona, do que provavelmente só poderemos tirar proveito daqui a algum tempo".
O que é o Arcade
O ARCADE é um experimento de astrofísica do Goddard Space Flight Center (GSFC), vinculado à agência espacial dos EUA (NASA), do qual participam o Jet Propulsion Laboratory (JPL), também da NASA, a Universidade de Maryland, a Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, ambas nos EUA, e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), de São José dos Campos (SP).
Ele foi projetado para estudar possíveis desvios da temperatura de 2,7 K da RCFM, que seriam causados pelo decaimento de partículas primordiais ou pela injeção de energia no Universo produzida pela primeira geração de estrelas formadas.
Entretanto, o que se mediu foi um sinal desconhecido, cerca de seis vezes mais intenso do que havia sido previsto. Já estão descartadas as hipóteses de emissão de estrelas primordiais, de fontes cósmicas de ondas de rádio conhecidas ou do gás contido no halo da nossa própria Galáxia, de modo que a origem do sinal tornou-se um grande mistério.
Balão estratosférico
O ARCADE voou a bordo de um balão estratosférico em julho de 2006, tendo sido lançado de Palestine, Texas (EUA). Ele operou durante algumas horas a cerca de 36 km de altitude, para evitar a influência da atmosfera nas medidas, e foi o primeiro instrumento a estudar o céu na faixa de freqüências de rádio com sensibilidade suficiente para detectar este sinal.
A imersão dos detectores do ARCADE em aproximadamente 2000 litros de Hélio líquido permitiu que a sensibilidade do instrumento fosse bastante alta e que ele pudesse operar a aproximadamente 2,7 K acima do zero absoluto (cerca de 270 graus Celsius negativos).
"Isso é o que faz a ciência ser tão empolgante", diz Michael Seiffert, do JPL, em Pasadena, Califórnia. "Tenta-se medir algo - nesse caso, a energia emitida pelas primeiras estrelas que se formaram no Universo - mas, ao invés disso, encontra-se outra coisa completamente nova e inexplicável".
