Que quantidade de luz foi criada no Universo desde o Big Bang?

2013-05-28

Em cima: Vista de todo o céu pelo Fermi, incluindo apenas fontes com energias superiores a 10 GeV. De algumas dessas fontes o LAT do Fermi detecta apenas um fotão de raios gama a cada quatro meses. Cores mais brilhantes indicam fontes de raios gama mais brilhante. Crédito: NASA/DOE/Fermi LAT Collaboration. Em baixo: Concepção artística de como os raios gama (linhas a tracejado) colidem com fotões EBL, produzindo electrões e positrões. Crédito: Nina McCurdy e Joel R. Primack/UC-HiPACC; Blazar: Quadro de uma animação conceptual de 3C 120 criada por Wolfgang Steffen/UNAM.
Segundo a maioria dos cosmólogos, o Universo iniciou-se numa explosão. Em algum momento, a luz terá surgido. Que quantidade de luz terá o Universo produzido desde que nasceu, há 13,8 mil milhões de anos? À primeira vista, parece uma pergunta difícil.

Ligue uma lâmpada. Desligue-a e os fotões
fotão
O fotão, muitas vezes referido como a partícula de luz, é o quantum do campo electromagnético e é a partícula elementar da radiação electromagnética.
parecem desaparecer. No entanto, podemos encontrá-los no espaço. Também cada partícula de luz emitida por galáxias
galáxia
Um vasto conjunto de estrelas, nebulosas, gás e poeira interestelar gravitacionalmente ligados. As galáxias classificam-se em três categorias principais: espirais, elípticas e irregulares.
e estrelas
estrela
Uma estrela é um objecto celeste gasoso que gera energia no seu núcleo através de reacções de fusão nuclear. Para que tal possa suceder, é necessário que o objecto possua uma massa superior a 8% da massa do Sol. Existem vários tipos de estrelas, de acordo com as suas temperaturas efectivas, cores, idades e composição química.
ainda está a viajar pelo espaço e é por isso que podemos fazer observações a grandes distancias espaçotemporais com os nossos telescópios.

Um novo artigo publicado no Astrophysical Journal explora a natureza dessa luz extragaláctica
extragaláctico
Em Astrofísica, qualquer domínio de investigação que envolva o estudo de objectos celestes que se encontram para além da nossa própria galáxia é designado por extragaláctico.
de fundo ou EBL (extragalactic background light). Medir a EBL, afirma a equipa, "é tão fundamental em cosmologia como medir a radiação
radiação electromagnética
A radiação electromagnética, ou luz, pode ser considerada como composta por partículas (os fotões) ou ondas. As suas propriedades dependem do comprimento de onda: ondas ou fotões com comprimentos de onda mais longos traduzem radiação menos energética. A radiação electromagnética, ou luz, é usualmente descrita como um conjunto de bandas de radiação, como por exemplo o infravermelho, o rádio ou os raios-X.
de calor
calor
O calor é energia em trânsito entre dois corpos ou sistemas.
deixada pelo Big Bang (a radiação cósmica de fundo) em comprimentos de onda
comprimento de onda
Designa-se por comprimento de onda a distância entre dois pontos sucessivos de amplitude máxima (ou mínima) de uma onda.
de rádio
rádio
O rádio é a banda do espectro electromagnético de maior comprimento de onda (menor frequência) e cobre a gama de comprimentos de onda superiores a 0,85 milímetros. O domínio do rádio divide-se no submilímetro, milímetro, microondas e rádio.
."

Várias sondas da NASA
National Aeronautics and Space Administration (NASA)
Entidade norte-americana, fundada em 1958, que gere e executa os programas espaciais dos Estados Unidos da América.
têm ajudado a chegar a uma resposta, observando o Universo em todos os comprimentos de onda da luz, que vão desde as ondas de rádio aos raios gama
raios gama
Os raios gama são a componente mais energética e mais penetrante de toda a radiação electromagnética. Os fotões gama possuem energias elevadíssimas, tipicamente superiores a 10 keV, às quais correspondem comprimentos de onda inferiores a umas décimas do Ångstrom. Este tipo de radiação é, por exemplo, emitido espontaneamente por núcleos atómicos de algumas substâncias radioactivas.
. Embora não consigam chegar à origem do Universo, fornecem dados muito bons para os últimos cinco mil milhões de anos (por coincidência, a idade do Sistema Solar
Sistema Solar
O Sistema Solar é constituído pelo Sol e por todos os objectos que lhe estão gravitacionalmente ligados: planetas e suas luas, asteróides, cometas, material interplanetário.
).

É difícil observar essa ténue luz de fundo contra o brilho
brilho
O brilho de um astro refere-se à quantidade de luz que dele provém, ou seja, a quantidade de energia por ele emitida por unidade de área por unidade de tempo. Dado que o brilho observado, ou medido, depende da distância ao objecto, distingue-se o brilho aparente (quando medido a uma determinada distância), do brilho intrínseco (conceptualmente medido na supefície do próprio astro).
forte de estrelas e galáxias - quase tão difícil como observar a Via Láctea
Via Láctea
A Via Láctea é a galáxia de que faz parte o nosso Sistema Solar. Trata-se de uma galáxia espiral gigante, com um diâmetro de cerca de 160 mil anos-luz e uma massa da ordem de 100 mil milhões de vezes a massa do Sol.
no centro de Manhattan nos dias de hoje, dizem os astrónomos.

A solução envolve raios gama e blazares, que são enormes buracos negros
buraco negro
Um buraco negro é um objecto cuja gravidade é tão forte que a sua velocidade de escape é superior à velocidade da luz. Em Astronomia, distinguem-se dois tipos de buraco negro: os buracos negros estelares, que resultam da morte de uma estrela de massa elevada, e os buracos negros galácticos, que existem no centro das galáxias activas.
no centro de uma galáxia e que lançam jactos de matéria apontados em direcção à Terra. Funcionando quase como lanternas. Estes blazares emitem raios gama, mas nem todos chegam à Terra. Alguns, segundo os astrónomos, colidem com fotões EBL ao longo do caminho.

Quando um fotão de raios gama de alta energia provenientes de um blazar atinge um fotão EBL de muito menor de energia ambos são aniquilados e produzem-se duas partículas diferentes: um electrão
electrão
Partícula elementar pertencente à família dos leptões - partículas sujeitas à interacção nuclear fraca, electromagnética e gravitacional. Os electrões possuem carga eléctrica negativa e encontram-se nos átomos de todos os elementos químicos, orbitando à volta do núcleo atómico, que possui carga eléctrica positiva.
e sua antipartícula
antipartícula
Uma antipartícula é uma partícula elementar com a mesma massa que uma partícula comum, mas com todas as outras propriedades, tais como a carga eléctrica, ou o momento magnético, de sinal oposto. No caso do fotão, a partícula é a sua própria antipartícula.
, um positrão
positrão
O positrão é a antipartícula do electrão.
, que se perdem no espaço.

Além disso, os blazars produzem raios gama com energias ligeiramente diferentes que, por sua vez, colidem com fotões EBL de energias diferentes. Assim, se soubermos que quantidade de raios gama com energias diferentes são interceptados pelos fotões, podemos saber quantos fotões EBL existem no caminho entre nós e os blazars distantes.

Os cientistas acabam assim de anunciar que é possível saber como a EBL variou ao longo do tempo, olhando o mais atrás possível em direcção aos primórdios do Universo, uma espécie de máquina do tempo. E quanto mais longe observarmos o efeito da colisão dos raios gama melhor poderemos mapear as variações da EBL em eras anteriores.

Em termos técnicos, o que os astrónomos fizeram foi o seguinte:

Compararam os resultados de raios gama do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi com a intensidade dos raios-X
raios-X
A radiação X é a radiação electromagnética cujo comprimento de onda está compreendido entre o ultravioleta e os raios gama, ou seja, pertence ao intervalo de aproximadamente 0,1 Å a 100 Å. Descobertos em 1895, os raios-X tambêm são, por vezes, chamados de raios de Röntgen em homenagem ao seu descobridor. A radiação X é altamente penetrante, o que a torna muito útil, por exemplo, para obter radiografias.
medidos por vários observatórios de raios-X, incluindo o Chandra
Chandra X-ray Observatory
O observatório de raios-X Chandra, lançado em 1999, faz parte do projecto dos Grandes Observatórios Espaciais da NASA. O seu nome homenageia Subrahmanyan Chandrasekhar, Prémio Nobel da Física em 1983. O Chandra detecta fontes de raios-X a milhares de milhões de anos-luz de nós. Observar em raios-X é a única forma de observar matéria muito quente, a milhões de graus Célsius. O Chandra detecta raios-X de regiões de alta energia, como por exemplo remanescentes de supernovas.
, o Swift
Swift Gamma-ray Burst Explorer
O observatório espacial Swift é uma missão da NASA em colaboração com outros países, lançada em Novembro de 2004 e com uma duração prevista de 2 anos. O objectivo é estudar as fulgurações de raios gama em vários comprimentos de onda. Para tal, conta com três instrumentos: o Burst Alert Telescope (BAT), que monitoriza o céu em raios gama à procura das fulgurações, o telescópio de raios-X XRT e o telescópio óptico e ultravioleta UVOT.
, o Rossi X-ray Timing Explorer
Rossi X-ray Timing Explorer (RXTE)
O observatório espacial de raios-X RXTE, da NASA, é uma missão que teve início em 1995 e ainda está a decorrer, e tem como objectivo observar, com extrema rapidez, buracos negros, estrelas de neutrões, pulsares de raios-X e fulgurações de raios-X. Uma grande vantagem do RXTE é a sua capacidade de observar alterações que ocorrem no brilho de fontes de raios-X, tanto num milésimo de segundo, como ao longo de anos.
e o XMM-Newton
X-ray Spectroscopy Multi-Mirror Mission (XMM-Newton)
Satélite de raios-X da Agência Espacial Europeia colocado em órbita no dia 10 de Dezembro de 1999, com a ajuda de um foguetão Ariane 5. Este satélite é o segundo de uma série de missões no âmbito do programa espacial europeu de longo termo Horizon 2000.
. Isto permitiu-lhes conhecer o brilho dos blazares em diferentes energias.

Compararam essas medidas com as conseguidas pelos telescópios no solo que conseguem observar o fluxo de raios gama que a Terra recebe a partir dos blazars (Os raios gama são aniquilados na nossa atmosfera
atmosfera
1- Camada gasosa que envolva um planeta ou uma estrela. No caso das estrelas, entende-se por atmosfera as suas camadas mais exteriores. 2- A atmosfera (atm) é uma unidade de pressão equivalente a 101 325 Pa.
produzindo uma chuva de partículas subatómicas, que são por sua vez detectadas através da emissão da chamada radiação de Cherenkov).

Segundo os astrónomos, as medidas conseguidas neste trabalho vão quase tão longe quanto é possível observar no momento.

"Cinco mil milhões de anos atrás é a distância máxima a que somos capazes de observar com a tecnologia actual", afirmou Alberto Dominguez, o principal autor do estudo.

"Claro, existem blazars mais distantes, mas não somos capazes de os detectar, pois os raios gama de alta energia que emitem chegam a nós demasiado atenuados pela EBL, tão enfraquecido que os nossos instrumentos não são suficientemente sensíveis para os detectarem."

Fonte da notícia: http://www.universetoday.com/102403/how-much-light-has-the-universe-created-since-the-big-bang/