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Novo experimento pretende captar sinais do início do tempo

Em breve um experimento aéreo sondará os restos mais antigos do Universo

 

Jon Gudmundsson
O SPIDER com todos os seus planos focais instalados, na Antártida em novembro.
Por Dan Falk

 

Quando procuramos pistas sobre a física do Universo primitivo, precisamos mirar alto – e um telescópio carregado por um balão, conhecido como Spider, que deve voar sobre a Antártica neste inverno boreal, pode ter sucesso onde um experimento terrestre amplamente divulgado fracassou.

Físicos trabalhando nesse experimento terrestre, conhecido como BICEP2, anunciaram há vários meses a descoberta de evidências de ondas gravitacionais primordiais – dobras no tecido do próprio espaço, ocorridas nos momentos iniciais do Universo. A descoberta virou manchete no mundo todo. Após análises mais detalhadas, porém, eles admitiram que seus dados eram inconclusivos. O sinal detectado poderia ter sido provocado tanto por poeira interestelar quanto pelas tão procuradas ondas gravitacionais. Cientistas trabalhando com o Spider acreditam que seus detectores podem resolver o problema. (O experimento se chama Spider por ter seis telescópios. Organizados em um círculo no projeto inicial, eles sugeriam uma criatura de muitas pernas. O projeto evoluiu, mas o nome ficou). 

Assim como aconteceu com o BICEP2, os detectores a bordo do Spider medirão a radiação cósmica de fundo, ou RCF, criada quando o Universo tinha menos de 500 mil anos.

Embutido na RCF, porém, pode haver um sinal indicativo de uma época ainda mais antiga: o misterioso período da inflação cósmica, quando o Universo cresceu exponencialmente durante a primeira minúscula fração de segundo após o Big Bang.

De acordo com a teoria da relatividade geral – a teoria da gravidade de Einstein – uma imensa quantidade de ondas gravitacionais deve ter sido liberada durante esse período da inflação. Essas ondas deveriam distorcer a RCF, mudando a polarização de micro-ondas individuais (isto é, mudando a orientação de seus campos elétricos e magnéticos constituintes); os padrões resultantes de espirais sutis são chamados de “modos-B”.

Mas há um problema. Minúsculos grãos de poeira interestelar, alinhados com o campo magnético de nossa galáxia, emitem com aproximadamente a mesma frequência e podem criar um padrão semelhante de espirais de micro-ondas. A atmosfera da Terra se soma ao problema porque degrada os dois sinais ao ponto de ser difícil separá-los. O Spider, que tem mais ou menos o tamanho de uma grande caminhonete, deve superar essa dificuldade. Ele será levado às alturas, até a estratosfera, por um gigantesco balão de hélio. Realizar observações dessa altura “permite uma sensibilidade enorme”, explica Jeffrey Filippini, físico do Instituto de Tecnologia da Califórnia e diretor da equipe que projetou os receptores de micro-ondas. “Um dia no ar vale tanto quanto um mês no chão”.    

O Spider também tem uma segunda vantagem. Enquanto o BICEP2 mediu a RCF em uma única frequência, o Spider coletará dados em duas – e a razão entre esses dois sinais, de acordo com Filippini, também pode ajudar a distinguir entre os efeitos da poeira e uma possível assinatura de ondas gravitacionais.

O Caltech está entre uma dúzia de instituições dos Estados Unidos, Reino Unido, Canadá e África do Sul colaborando no Spider, que deve alçar voo no final de dezembro. Muitos dos pesquisadores que agora trabalham no projeto, incluindo Filippini, também participam do BICEP2.

Na verdade, Spider e BICEP2 são apenas dois dos muitos experimentos, alguns em operação e alguns em estágios de planejamento, que se juntarão à caçada por ondas gravitacionais primordiais em meses futuros, incluindo o Telescópio do Polo Sul e o Telescópio Cosmológico do Atacama.

Dados da sonda Planck, que já mediu a quantidade de poeira em todo o céu, também são vitais para ajudar na calibragem de outros estudos que cobrem regiões menores do céu.

Enquanto isso, físicos usando o telescópio POLARBEAR no Chile recentemente anunciaram ter encontrado polarizações de modo-B na RCF.

Acredita-se, no entanto, que esses modos-B sejam o produto não de ondas gravitacionais, mas de outro fenômeno chamado de lentes gravitacionais – uma distorção da RCF devido à intervenção de matéria como aglomerados galácticos, cuja gravidade poderia arrastar micro-ondas em uma espiral de modo-B. O POLARBEAR pode fornecer informações valiosas sobre as primeiras estruturas que se formaram no Universo, mas ele não foi projetado para estudar a era da inflação.

A teoria da inflação cósmica, desenvolvida no início dos anos 80, é atualmente a principal teoria para explicar como minúsculas flutuações quânticas no início do tempo se desenvolveram até se tornarem as gigantescas estruturas que compõem o Universo atual.

O ruído quântico também deve estar presente nas ondas gravitacionais criadas pela inflação. Além disso, as próprias ondas devem chegar a escalas cosmológicas. Assim como podemos pensar na RCF como sendo o eco do Big Bang, essas ondas gravitacionais podem ser lidas como os ecos gravitacionais da rápida expansão provocada pela inflação.

Se o Spider detectar um sinal de ondas gravitacionais na RCF, ele será visto como uma “evidência muito forte para a teoria inflacionária”, observa Filippini. Por outro lado, a não-detecção das ondas pode não descartar a inflação, já que a teoria é muito flexível. “Teóricos são inteligentes, e independentemente do que observarmos, tenho certeza de que teremos várias interpretações”, conclui ele.