Simulações da “Idade das Trevas” cósmica revelam segredos da matéria escura

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Pesquisadores simularam os primórdios do Universo para entender as propriedades fundamentais da matéria escura. O grupo acredita que o estudo ajudará em futuras missões para o lado distante da Lua, onde telescópios podem captar sinais de rádio do passado do cosmos. A pesquisa foi publicada na revista científica Nature Astronomy na última terça-feira (16).

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Quase 75% do Universo é formado por energia escura, enquanto a matéria escura corresponde a 80% da parte restande, segundo as principais estimativas. Pouco conhecida, essas substâncias intrigam astrônomos por suas propriedades peculiares: não emitem, absorvem, nem refletem luz.

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Estudos anteriores revelaram que a matéria escura é fundamental para a formação das galáxias. Uma de suas características principais para isso é a massa de suas partículas, dividida pelos astrônomos em duas classes:

• Se tiverem menos de 5% da massa de um elétron, elas são leves e formam galáxias menores.
• Se forem mais pesadas que isso, elas são frias, o que resultará em estruturas galácticas maiores.

Para determinar a massa das partículas da matéria escura, astrofísicos estudam pequenas estruturas compostas por gás e estrelas. Os dados captados são essenciais no desenvolvimento de modelos teóricos dessa substância.

Matéria escura influencia sinal emitido nos primórdios do Universo

No novo estudo, o grupo simulou o comportamento dessas pequenas nuvens de gás e estrelas nos primeiros 100 milhões de anos após o Big Bang, fase chamada de Idade das Trevas cósmica. Ao estudarem um período antes da formação das galáxias, a equipe pôde simular as primeiras estruturas cósmicas com alta precisão.

O modelo de computador revelou como o gás esfriou e se uniu em pequenos aglomerados através da interação gravitacional com a matéria escura. A densidade desses grupos gasosos aumentou conforme o Universo se aqueceu. Essa variação de temperatura e densidade foi impressa no sinal de rádio de 21-centímetros, emitido pelos átomos de hidrogênio.

Ao modelar esse sinal primordial, a equipe descobriu que sua intensidade depende sensivelmente se a matéria escura é quente ou fria. Essa diferença, segundo os pesquisadores, pode auxiliar futuros experimentos na Lua a distinguir entre os dois cenários. Os astrônomos preveem que o sinal surja em frequências próximas de 50 MHz, faixa que é influenciada pela temperatura da matéria escura.

Na Terra, essas frequências se contaminam por sinais emitidos por humanos e obscurecidas pela ionosfera. Por isso, equipes ao redor do globo planejam construir radiotelescópios no lado distante da Lua, um local mais “quieto”, já que a outra face lunar age como um escudo contra a interferência terrestre.

Um projeto da China já está em andamento para construir um conjunto de telescópios lunares. O Japão, com seu projeto Tsukuyomi, também mira esse objetivo.

Os cientistas da nova pesquisa esperam que sua pesquisa colabore para essas missões. Essas simulações podem servir como um guia teórico para maximizar a eficiência científica dos futuros estudos lunares.