Astrônomos podem ter resolvido o mistério do Ponto Frio do Universo

Segundo István Szapudi, da Universidade do Havai, em Manoa, os astrônomos da NASA
podem ter encontrado a maior estrutura individual do Universo até agora identificada. A equipa relata as suas descobertas na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Mapa da radiação cósmica de fundo (CMB) obtido pelo satélite Planck. A área do Ponto Frio, a elipse, na parte inferior direita, reside na constelação de Eridanus, no hemisfério sul galáctico. As inserções mostram o ambiente desta área do céu, mapeado pela equipa de Szapudi usando dados do PS1 e do WISE e tal como observado nos dados de temperatura do CMB. O diâmetro angular do vasto supervoid alinhado com o Ponto Frio, que excede os 30 graus, é marcado pelos círculos brancos. Gráficos de Gergő Kránicz. Crédito: ESA Planck Collaboration.

Em 2004, ao examinarem um mapa da radiação deixada pelo Big Bang (a radiação cósmica de fundo, ou CMB) os astrônomos descobriram o Ponto Frio, uma área do céu excepcionalmente fria e maior do que se previa. A física relacionada com a teoria do Big Bang prevê a existência de pontos mais quentes e mais frios, de vários tamanhos, no Universo primitivo, mas não se estava à espera de encontrar um ponto tão grande e tão frio. Agora, os astrônomos podem ter encontrado uma explicação para a existência deste Ponto Frio.

Se o Ponto Frio tiver origem no próprio Big Bang, pode ser um sinal raro de uma física exótica que a cosmologia padrão (basicamente, a teoria do Big Bang e a toda a física relacionada) não explica. No entanto, pode ser o sinal da existência de uma estrutura situada em primeiro plano, entre nós e a CMB, uma estrutura de larga escala e extremamente rara na distribuição de massa do Universo.

Usando dados do telescópio Pan-STARRS1 (PS1), localizado em Haleakala, Maui, Havai, e do satélite WISE (Wide Field Survey Explorer), a equipa de Szapudi descobriu um supervoid (super vazio), uma vasta região, com 1,8 mil milhões de anos-luz de diâmetro, na qual a densidade de galáxias é muito inferior à habitual no Universo. Este vazio foi encontrado através da combinação de observações feitas em comprimentos de onda ópticos (pelo PS1), com observações em comprimentos de onda infravermelhos (pelo WISE), para estimar a distância e posição de cada galáxia nessa área do céu.

Estudos anteriores, também realizados no Havai, observaram uma área muito menor na direcção do Ponto Frio, mas só conseguiram provar a não existência de qualquer estrutura a grandes distâncias nessa área do céu. Paradoxalmente, identificar grandes estruturas próximas é mais difícil do que identificar outras mais distantes, já que é necessário mapear grandes áreas do céu para ver as estruturas mais próximas. Os grandes mapas tridimensionais do céu, criados por András Kovács (Universidade Eötvös Loránd, em Budapeste, Hungria) a partir do PS1 e do WISE, foram essenciais para este estudo. O supervoid está a apenas cerca de 3 mil milhões de anos-luz, uma distância relativamente pequena em termos cósmicos.

Para se compreender melhor tudo isto, imagine-se a existência de um enorme vazio (com pouca matéria) entre nós e a CMB. Pense-se no vazio como uma colina. À medida que a luz entra no vazio tem de subir a colina e perder energia. Se o Universo não estivesse em expansão acelerada, o vazio não iria alterar-se de forma significativa e a luz ao descer a colina recuperaria a energia perdida. Mas havendo expansão acelerada, a colina vai-se distendendo à medida que a luz viaja sobre ela. Quando a luz descer a colina, esta já será mais aplanada do que quando a luz entrou, por isso, a luz não consegue recuperar toda a energia que perdeu ao entrar no vazio. A luz sai do vazio com menos energia, e, por conseguinte, num comprimento de onda mais longo, o que corresponde a uma temperatura mais fria.

Atravessar um supervoid leva centenas de milhões de anos, mesmo à velocidade da luz
, de modo que este efeito mensurável (conhecido como Efeito Integrado Sachs-Wolfe ou ISW) pode ser uma explicação para o Ponto Frio. O Ponto Frio é uma das anomalias mais significativas encontradas na CMB, primeiro pelo satélite WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), da NASA, e mais recentemente pelo Planck, da ESA

A existência do supervoid e o seu esperado efeito sobre a CMB não explicam completamente todas as propriedades do Ponto Frio. Contudo, é muito pouco provável que seja apenas uma coincidência o facto de o supervoid e o Ponto Frio estarem na mesma direcção. A equipa irá continuar o seu trabalho usando dados melhorados do PS1 e também do Dark Energy Survey, que opera um telescópio no Chile, para estudar o Ponto Frio e o supervoid bem como outro grande vazio localizado perto da constelação do Dragão.

Texto original: RAS traduzido por Portal do Astrônomo