O ‘Instant Karma’ da Radiação de Fundo

“A ‘duração temporal’ não é apenas um instante após o outro… — se assim fosse, nunca haveria prolongamento sobre o passado… nenhuma evolução criadora… Duração é o progresso contínuo do passado, batendo às portas do futuro.” (Henri Bergson) 

Ao ligarmos o televisor num canal sem transmissão …  vemos na tela um ruído …  sem qualquer padrão. Esse ruído…deve-se às ‘ondas de rádio‘ … em que nosso planeta se encontra imerso – sejam sinais da civilização, ou emissões de objetos astronômicos… chegando à Terra.  

Parte desse ruído (cerca de 3% da intensidade total) viajou desde os primeiros instantes do Universo… para chegar até nossos aparelhos – é a chamada ‘Radiação Cósmica de Fundo em Microondas’ (RCFM)… Nosso planeta recebe essa radiação, vinda de todas os lados, nos fornecendo informações sobre uma época em que o Universo tinha, apenas, cerca de 380 mil anos de idade. – As condições sobre essa era estão impressas nessa luz.

A origem da RCFM

O Universo, a partir da origem, por suposto um estado de alta temperatura e densidade, evoluiu constantemente, se expandindo. Ao chegar por volta dos 380 mil anos de idade, com sua temperatura em torno de 3000ºK – fótons e matéria que formavam oplasma intermediário’ ainda estavam fortemente acoplados.

Nessa época, a energia média dos fótons se tornou menor do que o potencial de ionização do átomo de hidrogênio.  Como consequência, os elétrons livres capturados por prótons, iniciaram a formação de átomos de hidrogênio neutro.  Com a diminuição do número de elétrons livres,  matéria e radiação  não mais interagiram de forma significativa, e ocorreu o que denominamos  desacoplamento’  entre radiação e matéria.

A confirmação de que a RCFM possui um espectro de corpo negro quase perfeito foi obtida por meio das observações feitas com o instrumento Far InfraRed Absolute Spectrophotometer (FIRAS), em 1990, um dos experimentos que estavam a bordo do satélite Cosmic Background Explorer (COBE). Esse resultado se tornou uma das mais fortes evidências a favor do modelo conhecido por

A confirmação de que a RCFM possui um espectro de corpo negro quase perfeito foi obtida por meio das observações feitas com o instrumento Far InfraRed Absolute Spectrophotometer (FIRAS), em 1990, um dos experimentos que estavam a bordo do satélite Cosmic Background Explorer (COBE). Esse resultado se tornou uma das mais fortes evidências a favor do modelo conhecido por “Hot Big Bang” e mostra que o Universo à época do desacoplamento estava em um estado de quase equilíbrio termodinâmico.

Dizemos então…que o Universo se tornou transparente à radiação, e todos os efeitos provocados pelos processos físicos, que se deram antes do desacoplamento…surgem como uma assinatura inicial do universo na distribuição espacial dessa radiação… que ainda hoje pode ser lida através das observações da RCFM.

Como a matéria (prótons e elétrons), por efeitos gravitacionais, se aglomerou para formar estruturas, com o passar do tempo, restaram apenas os fótons, que viajaram livres para contar a história.

Portanto…estudar espectro e distribuição da RCFM é bastante útil na definição dos vários modelos cosmológicos que tentam explicar o nascer das grandes estruturas.

Parâmetros cosmológicos

Tão importante quanto a deteção de um espectro de corpo negro…foi a descoberta de pequenas perturbações na distribuição angular de temperatura da RCFM no céu – ou seja, anisotropias que estão ligadas à formação das estruturas observadas hoje, tais como aglomerados e superaglomerados de galáxias.

A deteção dessas anisotropias na RCFM foi feita pelo experimento Differential Microwave Radiometer (DMR), em 1992, a bordo do satélite COBE’.  Teve uma enorme repercussão na Cosmologia… pois pela 1ª vez havia sido obtido um sinal da anisotropia intrínseca à RCFM… ou seja, uma anisotropia que não estava ligada a nenhum efeito devido ao próprio observador – ou a algum fenômeno que tenha ocorrido no Universo recentemente… – ela revelava como era o Universo há mais de 13 bilhões de anos!

Em função disso, desde então, vários outros experimentos começaram a medir flutuações de temperatura na distribuição angular da RCFM numa grande faixa de frequências, em diversas escalas angulares, e com grande sensibilidade.  Para  tanto,  foram desenvolvidos sofisticados instrumentos,  os  quais,  dependendo da frequência em que operam,  podem efetuar as medidas no solo  — em geral em locais de grandes altitudes —  ou no espaço, a bordo de aviões, sondas, satélites, ou balões estratosféricos.

Esses experimentos proporcionam um grande avanço na determinação dos parâmetros cosmológicos — os parâmetros que nos ajudam a entender como é o Universo, de quais componentes é constituído, e quais suas características, como densidade, topologia, etc.

São 3 as características que podem ser observadas na RCFM — o seu espectro, a sua distribuição angular, e sua polarização…Os astrofísicos buscam portanto, medir   essas características… – através de experimentos que observam o céu em microondas.

Conhecer essas características é fundamental  —  para se entender                 como o Universo evoluiu… de uma estrutura simples e homogênea (basicamente uma sopa de prótons, elétrons e fótons)  para algo             tão complexo e heterogêneo.

A flutuação cósmica de temperatura em microondas em 5 anos de dados do WMAP é vista sobre o céu inteiro. A temperatura média é 2.725º Kelvin (graus acima do 0 absoluto; equivalente a -270º C ou -455º F), e as cores representam as sutis flutuações de temperatura, como em um mapa climático. As regiões vermelhas são mais quentes e as azuis mais frias por uma diferença de aproximadamente 0,0002 graus.

A flutuação cósmica de temperatura em microondas em 5 anos de dados do WMAP é vista sobre o céu inteiro. A temperatura média é 2.725º Kelvin (equivalente a -270º C ou -455º F), e as cores representam as sutis flutuações de temperatura, como num mapa climático. As regiões vermelhas são mais quentes, e as azuis mais frias, por uma diferença de aproximadamente 0,0002 graus.

Modelos teóricos nos permitem descrever o gás primordial como sendo bastante homogêneo em termos de sua densidade, apresentando, porém, pequenos desvios, que usualmente chamamos  ‘flutuações’.

Atualmente… sabemos que no Universo   há regiões com grandes aglomerados de galáxias… e, regiões com pouquíssimas galáxias…(conhecidas como “vazios).   Donde se conclui que… pequenos desvios de densidade da RCFM evoluíram…para se tornar hoje, regiões com alta ou baixa densidade de galáxias.

— Como fótons (radiação)… e matéria estavam fortemente acoplados, qualquer flutuação de densidade na matéria…com efeito… — se refletiria na radiação como uma flutuação de temperatura.

Para medir essas flutuações de temperatura, os receptores estão sintonizados numa certa frequência, e apontados – alternadamente – para 2 regiões diferentes do céu; medindo-se, dessa forma, a diferença de temperatura entre essas 2 regiões … Obtendo a intensidade da RCFM para todo o céu, podemos fazer um ‘mapa’ da temperatura desse gás. Estudando-se esse mapa, é possível inferir os parâmetros que descrevem o Universo.

O problema é que essas diferenças de temperatura da RCFM são mínimas, o que dificulta bastante a realização dos experimentos. É necessário empregar, entre outros recursos, os melhores receptores de microondas existentes…e as melhores técnicas de criogenia, para que estes possam, efetivamente, medir algum sinal de origem cosmológica. É um ‘desafio tecnológico’…além de cientifico!

Vários fatores complicam a realização desses experimentos: a nossa atmosfera, que emite microondas…e também absorve uma parte das que vêm do céu; radiofontes cósmicas; e a nossa própria Galáxia, que ocupa uma grande área do céu… e, obviamente, atrapalha em muito a observação direta das microondas cosmológicas…entre outros. – Nesse sentido, o advento da era espacial foi crucial para que o progresso nessa área fosse enorme, já que um dos maiores  fatores de interferência é contornado de imediato… – nossa atmosfera.

A polarização e a RCFM                                                                                                               Uma onda eletromagnética é dita linearmente polarizada quando o seu campo elétrico se encontra oscilando sempre numa mesma direção. Caso a direção varie com o tempo,   a onda será circularmente polarizada’.

Um ‘campo de radiação’ qualquer (em geral…  —  uma superposição de ondas eletromagnéticas polarizadas em todas direções)… só apresenta uma pequena porcentagem de sua intensidade total,     com polarização bem definida…capaz     de gerar um padrão.

Para a RCFM…esta fração polarizada – dependendo do processo físico que deu origem à polarização, representa de 0,1% a 1% da amplitude das flutuações de temperatura; sendo, entretanto, sempre linearmente polarizada, visto resultar de um espalhamento.

Quando as primeiras estrelas de grande massa surgiram  (cerca de 200 milhões de anos após o Big-Bang)…a luz por elas emitida foi capaz de ionizar as moléculas de Hidrogênio que permeavam o Universo, em um processo conhecido como reionização. Os elétrons liberados durante esse processo puderam interagir com os fótons lá presentes – inclusive aqueles da  RCFM…deixando a ‘radiação de fundo’ com um pequeno grau de polarização,   da ordem de 1% para grandes escalas angulares. Por outro lado, fenômenos presentes no momento da ‘recombinação’  também produziram polarização.

O ‘espalhamento Thomson’ de fótons… por elétrons do fluido intermediário, que expressavam o movimento ordenado de ondas acústicas se propagando no plasma… — produziu polarização com uma intensidade da ordem de 1%.

[Além desta perturbação escalar (ondas acústicas), o plasma também sofre a ação de ‘perturbações tensoriais’  –  o espaço-tempo oscila, alongando, comprimindo, e torcendo o plasma…  O termo tensorial – ao contrário de escalar… indica que a ‘perturbação’ requer uma orientação definida… As oscilações decorrem da passagem de ondas gravitacionais     — produzidas durante a Inflação.]

O ‘espalhamento dos fótons pelos elétrons durante este processo de torção do plasma, também polariza a radiação  –  por uma fração menor que 0,1%  –  devido à pequena amplitude das ondas gravitacionais. A polarização assim gerada, possui características distintas, permitindo completa caracterização das ondas gravitacionais que a geraram.

Como consequência da pequena intensidade da componente polarizada da RCFM, sempre duas ordens de grandeza abaixo da intensidade das anisotropias, até o ano 2002 nenhuma detecção tinha sido realizada – visto que nenhum instrumento tinha sensibilidade para tal.

Foi quando o ‘DASI’instrumento desenvolvido por um consórcio liderado pela Universidade de Chicago, atingiu a sensibilidade necessária…unindo tecnologia de ponta a um dos melhores sítios de observação na superfície terrestre: o Continente Antártico.

Ele foi capaz de mapear o padrão de polarização em torno do Pólo Sul celeste, indicando que este tinha sido gerado por perturbações escalares…Em 2003, o instrumento WMAP confirmou esta medida, com um mapeamento do céu inteiro, indicando…em resultados preliminares… as assinaturas da ‘reionização‘…  e, das  ‘perturbações escalares‘.

A participação brasileira (texto de 2003)

As pesquisas sobre a RCFM no INPE iniciaram-se quando, em meados da década de 1980, um experimento realizado em um balão estratosférico a 33 km de altitude, mapeou pela 1ª vez o céu do Hemisfério Sul, na frequência de 90 GHz. Esse experimento, coordenado pela Universidade da Califórnia/Berkeley, com a participação do INPE,  era o protótipo de um dos canais do experimento DMR, que seria lançado em 1989, a bordo do satélite  ‘COBE’.

Nele… foi feita uma das medidas mais precisas da anisotropia de dipolo da RCFM, mostrando uma diferença de aproximadamente 3 miliKelvin entre 2 distintas regiões do céu.

Resultado do experimento HACME que mostra flutuações de temperatura da ordem de alguns microKelvin em duas regiões do céu próximas das estrelas gUMi e aLeo. Esse experimento foi realizado a bordo de balão estratosférico. A figura mostra uma comparação entre essas duas regiões vistas pelo satélite COBE e pelo HACME (Tegmark et al. 2000).

Resultado do experimento HACME mostrando flutuações de temperatura da ordem de alguns microKelvin em 2 regiões do céu próximas das estrelas gUMi e aLeo. Esse experimento foi realizado a bordo de balão estratosférico. A figura mostra uma comparação entre essas 2 regiões vistas pelo satélite COBE e pelo HACME.

Por meio de intensa colaboração com a Universidade da Califórnia … em Santa Bárbara… – outros experimentos foram realizados a fm de medir, de forma cada     vez mais precisa – as características da RCFM e as da Via Láctea, a maior causa perturbativa dessas medidas.

Um desses experimentos, em colaboração com o grupo de ‘Santa Bárbara’, detectou flutuações de temperatura na RCFM, com uma precisão melhor do que a do COBE. (Figura ao lado.)

O grupo de Cosmologia do INPE tem colaborações cientificas com diversas instituições nacionais e internacionais,   incluindo aí, importantes contribuições      em aprimoramentos experimentais…

Uma dessas contribuições foi a participação no experimento BEAST (Background Emission Anisotropy Scanning Telescope) – na região de microondas… cujo radiotelescópio pode ser operado tanto no solo — quanto pendurado em um balão estratosférico a 40 km de altura.

A researcher from University of California, Santa Barbara stands in front of the Background Emission Anisotropy Scanning Telescope--or BEAST.

A researcher from University of California, Santa Barbara stands in front of the Background Emission Anisotropy Scanning Telescope–or BEAST.

A tecnologia empregada no BEAST é bem mais moderna que a do COBE, superando-o…p. exemplo, em resolução angular — de 7 graus no COBE — contra cerca de 30′ de arco no BEAST…  —  sendo que… o projeto óptico desse telescópio  —  uma das partes cruciais do experimento, foi inteiramente desenvolvido no Brasil.

Efetuando observações a 3.800 m de altitude… numa estação de pesquisa da Universidade da Califórnia … chamada ‘White Mountain Research Station, o BEAST está competindo com os mais avançados experimentos que visam medir flutuações de temperatura, bem como a polarização da RCFM.

Os primeiros resultados divulgados desse experimento, mostram flutuações de temperatura da ordem de alguns microKelvin na RCFM…o que nos ajuda a ter uma ideia, cada vez mais precisa, dos processos físicos atuantes na formação das estruturas… que observamos no Universo.

O efeito dipolo

A Figura abaixo reapresenta os dados obtidos pelo experimento DMR… (Differential Microwave Radiometer) – a bordo do  satélite COBE, e mostra o céu em microondas.         Os mapas são construídos em cores falsas para permitir que nossos olhos percebam as pequenas diferenças de temperaturas em microondas.

Mapas da RCFM. A figura no topo representa a temperatura absoluta do Universo. A figura do meio mostra o efeito de dipolo, quando subtraímos a temperatura de 2,7ºK da figura de cima. A figura de baixo mostra as anisotropias da RCFM, quando subtraímos o dipolo da figura do meio.

Mapas da RCFM. A figura no topo representa a temperatura absoluta do Universo. A figura do meio mostra o efeito de dipolo, quando subtraímos a temperatura de 2,7ºK da figura de cima. A figura de baixo mostra as anisotropias da RCFM, quando subtraímos o dipolo da figura do meio.

A imagem de cima mostra o céu a uma temperatura uniforme, sem qualquer estrutura aparente. Quando melhoramos a qualidade da medida por um fator mil, como na figura do meio… surgem 2 distintas regiões, separadas por 180º – nas cores laranja e azul.

Esse efeito se deve a uma ‘diferença de temperatura’ provocada por nosso movimento no céu em relação à RCFM — da ordem de 3 milésimos de graus Celsius: numa região, a temperatura é maior – representada pela cor laranja…e na outra a temperatura é menor, representada pela cor azul (Figura do meio).

A diferença entre as cores é semelhante ao que se passa quando ouvimos o barulho de um carro que     se aproxima, e depois se afasta. Nesse caso, ao invés de temperatura do carro — percebemos um aumento da frequência do barulho do seu motor (mais agudo) quando se aproxima… e uma diminuição dessa frequência (mais grave) quando se afasta.

Esse  efeito – conhecido como  ‘efeito  Doppler’, acontece sempre quando há movimento relativo entre um observador…e uma fonte de sinal. A variação de temperatura observada no 2º mapa é uma consequência do efeito Doppler resultante do nosso movimento em relação à RCFM.

As primeiras indicações da existência desse fenômeno na distribuição angular da RCFM, conhecido como efeito dipolo’, vieram de experimentos realizados em 1969, e no inicio da década de 70…A confirmação veio com medidas observacionais realizadas nessa época, em um experimento a 20 km de altitude a bordo de um avião U-2.  Em meados da década de 80 esse efeito já era bem conhecido, graças a experimentos em balões estratosféricos – inclusive no Brasil, com a participação do INPE, confirmados posteriormente pelo COBE.

http://www.princeton.edu/physics/about/history/memorable-members/david-wilkinson/

David Wilkinson (1935-2002)

O responsável por um dos experimentos conduzidos no Brasil foi David Wilkinson, cosmólogo da Universidade de Princeton — colaborador de R. Dicke no artigo que explicava o resultado de Penzias e Wilson, e um dos mentores e líderes do projeto WMAP.

Wilkinson faleceu meses antes da divulgação dos 1ºs  resultados da sonda WMAP (lançada originalmente com o nome de “Microwave Anisotropy Probe” – em 30/06/2001)… – e a equipe resolveu homenageá-lo,   ao rebatizar o satélite, incluindo, então, seu nome… ‘Wilkinson Microwave Anisotropy Probe’ (WMAP).

Espectro de potência das flutuações da RCFM.                                                           Observações da RCFM vêm fornecendo uma vasta gama de informações sobre o Universo. O espectro da RCFM é gerado a partir de dados que revelam como era               o Universo em seu início.

As anisotropias na distribuição angular da RCFM são o retrato do Universo  — à época da recombinação, apesar de sua forma geral ter sido estabelecida a cerca de um picossegundo (10e-¹² s)…  após o Big Bang.

Já a componente tensorial da polarização da RCFM está conectada à deformação do espaçotempo causada pelas ondas gravitacionais primordiais geradas ao final da era   de Planck – cerca de 10e-43 s após o Big Bang.

O gráfico ao lado mostra a variação de temperatura para diferentes tamanhos angulares…Nota-se o largo pico inicial, sugerindo uma preferência angular, ou seja…um padrão de comprimento para   a ‘onda sonora‘ inicial do universo – igual a uma nota específica produzida devido ao comprimento de uma corda   de violão.

Os picos seguintes…  (2º  e  3º)  são os harmônicos secundários do 1º.  Sendo que o 3º harmônico — em observação nos novos dados de 5 anos do WMAP, põe em evidência um ‘fundo de neutrinos’.

espectrodepotencia

Para podermos extrair informações desses gráficos…precisamos nos valer de algumas ferramentas estatísticas. – Uma delas, nos possibilita compor um espectro como o da Figura ao lado, representando a amplitude de flutuações em função da escala angular.

Os picos vistos são reflexos das oscilações acústicas no plasma…Podemos associá-los com os modos harmônicos desta oscilação.

O primeiro pico representa o harmônico fundamental – a maior onda que poderia aparecer no meio. Sendo assim, define o tamanho do Universo observável, ou a escala angular do horizonte…  (Os outros picos estão ligados aos harmônicos secundários.)

A consequência dessa associação é que podemos determinar algumas das quantidades fundamentais do Universo… (idade, composição, geometria) com base no número, largura, altura e posição dos picos.

a sonda WMAP em uma

a sonda WMAP em uma “órbita estacionária” permanente em torno do Sol. [ilustração-NASA]

A sonda espacial WMAP foi projetada…para proporcionar uma visão mais detalhada das diferenças sutis de temperatura…na RCFM,  inicialmente detectadas em 1992, pela sonda COBE (Cosmic Background Explorer).

Depois de 9 anos, continuamente, vasculhando o céu, a WMAP afinal concluiu suas atividades. A coleta de ‘dados científicos’ findou no dia 20 de agosto de 2010…A 08 de setembro, a sonda disparou seus propulsores – entrando em uma  órbita estacionária permanente em torno do Sol …  — A WMAP detectou sinais do que se acredita serem resquícios brilhantes do início do Universo – padrão congelado de quando o cosmos tinha 380 mil anos de idade.  

Esta imagem representa o brilho do Universo primitivo, criado a partir de 7 anos de dados da sonda WMAP (em comparação com a COBE). A imagem revela flutuações de temperatura (mostradas como diferenças de cor) que correspondem às

Esta imagem representa o brilho do Universo primitivo, criado a partir de 7 anos de dados da sonda WMAP (em comparação com a COBE). A imagem revela flutuações de temperatura (mostradas como diferenças de cor) que correspondem às “sementes” que cresceram para se tornar as galáxias.[Imagem: NASA]

Como o universo se expandiu durante os 13 bilhões de anos seguintes… — essa luz perdeu energia  …   —   esticando-se para  comprimentos de onda cada vez maiores; hoje detectável…na faixa das microondas.

Foi também a WMAP quem mostrou, que a matéria comum representa apenas 4,6% do Universo atual... — A sua maior parte consiste de 2 entidades que os cientistas ainda não compreendem

A ‘matéria escura’, que compõe 23%   do Universo…é um material ainda não detectado em laboratório.

A ‘energia escura’…entidade repulsiva gravitacionalmente – possivelmente uma característica do próprio vácuo. A WMAP confirmou sua existência…e, determinou que ela preenche 72% do cosmos.

A figura ao lado (parte superior)… mostra a atual “distribuição de componentes” do universo, enquanto a  figura abaixo, mostra a distribuição de componentes com 380.000 anos… – quando foram emitidas as luzes da Radiação Cósmica de Fundo.

A distribuição de composição varia, enquanto o universo se expande…

a matéria escura e a bariônica (átomos) diminuem de densidade — como um gás em expansão – mas fótons…e as partículas de neutrino… também perdem energia com a expansão, assim suas densidades de energia diminuem mais rapidamente que a matéria, apesar de possuírem razoável fração inicial.

(Aparentemente…a densidade da energia escura não diminuiu em nada… – desde a época da RCFM… e, dessa forma, é a ‘componente dominante atual’ — mesmo com uma contribuição desprezível há 13,8 bilhões de anos atrás.)

Obs. Os dados mais recentes mostram que a matéria normal compreende 4,9% da massa e densidade de energia do Universo. Outros 26,8%, compõem a chamada matéria escura, detectada apenas… através de seu efeito gravitacional  –  (bem mais do que se supunha). A  ‘energia escura — componente misteriosa…que faz com que o Universo se expanda cada vez mais rápido… foi corrigida para uma taxa menor  –  correspondendo a 68,3%.

Mas, será que a RCFM tem mesmo origem cosmológica?

geometria

São muitos os indícios favoráveis a este argumento…  O 1º deles — o mais simples … provém de sua ‘uniformidade’ em larga escala…   — Não obstante a direção para a qual se aponte o detetor, obtém-se a medida de um mesmo fluxo, ou seja… – ‘Todo o Universo brilha em microondas’.

Outro indício vem da presença de um dipolo, o qual indica que fazemos parte de um grupo de objetos que se move em relação ao referencial, em que a radiação de 2,7ºK é perfeitamente isotrópica. Este efeito tem a mesma configuração que outros dipolos encontrados em ‘observáveis independentes’… – como radiogaláxias e quasares…ou       mapeamentos de ‘emissão difusa em raios-X’.

O espectro da RCFM, caracterizando um corpo negro de 2,7ºK, é o melhor argumento para um estágio no Universo de equilíbrio térmico entre matéria e radiação — estado conhecido comoplasma intermediário’ (o ‘plasma primordial‘ corresponde à       uma sopa de quark-glúons). Devido à sua expansão, com o consequente resfriamento     do plasma, aconteceu o desacoplamento entre radiação e matéria… tão logo a temperatura atingiu 3000ºK.

O Universo continuou se expandindo… e assim a radiação foi esfriando – até chegar à temperatura atual. Caso este cenário seja o correto, deveria ser possível medir o efeito       de uma radiação de fundo ‘mais quente’ ao se observar objetos distantes. E isto de fato ocorre, como mostra mais uma prova conclusiva da natureza cosmológica da RCFM:

Dados sobre diversas nuvens moleculares – compostas por moléculas de hidrogênio, CN, etc. – mostram que elas estão envoltas por um fluxo de fótons uniforme e constante, que impede que as moléculas se mantenham em seus níveis mais baixos de energia. E, a energia necessária para se manter este ‘mínimo de excitação’ é… exatamente – aquela dada pelos fótons da RCFM.  

Por exemplo, o espectro de uma nuvem molecular a 20 milhões de anos-luz de distância mostra que ela está sendo bombardeada por uma radiação cuja temperatura se encontra entre 6 e 14ºK – sendo que a previsão teórica é de 9,1ºK… o que está em perfeito acordo com o esperado.

Podemos ainda falar da distribuição angular das flutuações de temperatura que, segundo medidas recentes e bastante precisas, concordam exatamente com a previsão do “modelo inflacionário“, que estas flutuações sejam resultado de perturbações de densidade  produzidas nos primeiros instantes do Universo.

Assim, podemos dizer que as  ‘teorias alternativas’,  que tratavam a RCFM como resultado da emissão de uma ‘distribuição difusa de grãos de poeira no espaço interestelar encontram-se fatalmente ‘fadadas ao esquecimento’.

O novo mapa da RCFM (Planck/2013)    

As manchas azuis mostram regiões mais frias…  –  e as marrons – mais quentes…  onde a ‘matéria cósmica’ está menos concentrada.[ESA/Planck]

—  A equipe do telescópio espacial Planck mostrou seu 1º mapa da ‘radiação cósmica de fundo… – em microondas‘ cobrindo o céu inteiro. Os dados confirmam muitos aspectos do modelo cosmológico mais aceito hoje em dia, estabelecendo seus parâmetros… numa precisão inédita.

Contudo, os pesquisadores também encontraram anomalias significativas, e uma falta de homogeneidade, que mostra que os lugares mais afastados do Universo, não são assim tão similares como a teoria faz crer. Ou seja, os dados indicam que alguns aspectos do modelo padrão ainda não dão explicações fiéis da realidade.

O mapa do céu inteiro é baseado nos primeiros meses de observações do telescópio espacial Planck, e mostra a luz primeira do Universo, emitida quando o Universo tinha apenas 380.000 anos de idade.

Isso aconteceu quando o ‘plasma intermediário’ de prótons, elétrons e fótons permitiu que átomos de hidrogênio neutro se formassem (recombinação)… e a luz escapasse, ao     se resfriar gradualmente – Só então o Universo se iluminou.  À medida que o Universo continuou a se expandir e esfriar, essa radiação se deslocou aos comprimentos de onda mais longos, estando hoje na faixa de microondas.

http://www.astronomiaonline.com/2014/12/materia-oscura-neutrinos-primordiales-resultados-mision-planck/#more-1404

Representação artística do satélite Planck no espaço. Créditos: ESA / Planck Collaboration.

A temperatura padrão atual da radiação cósmica de fundo é de 2,7ºK…Pequenas variações aí… refletem ‘flutuações de densidade‘… no Universo Primordial.

O telescópio Planck, com uma resolução inédita … foi projetado para medir essas flutuações em todo céu; ajudando assim, na definição da composição evolutiva do cosmos, desde o início, até os dias atuais.

Um dos resultados mais significativos do Planck…foi a definição de um novo valor para a taxa de expansão do Universo … a nossa conceituada ‘constante de Hubble’.

Com um valor calculado de 67,15 Kms por segundo por megaparsec (km/s/Mpc)…este dado é significativamente menor que o valor atual dos cálculos astronômicos – o aceito até então era de 74,3 km/s/Mpc… Este novo valor nos permitiu recalcular a idade do Universo em 13,82 bilhões de anos.

Contudo, com a alta precisão do Planck, seus dados também revelaram algumas características peculiares inexplicáveis…que não se encaixam no modelo padrão                   da cosmologia. – Um dos resultados mais surpreendentes é que as  flutuações                 de temperatura da RCFMem grandes escalas angulares, são bem menores                do que o esperado.

Outra discrepância é uma assimetria nas temperaturas médias dos 2 hemisférios do céu. Isso vai contra a previsão feita pelo modelo padrão…de que o Universo deveria ser muito semelhante em qualquer direção que olharmos… Além disso, uma extensa faixa     fria se estende ao longo de um trecho de céu  —  que é muito maior do que o esperado.

Estes dados podem apontar para complementos do modelo padrão, ou até mesmo para novas teorias, conforme recentemente especulado, como, por exemplo, com as observações do chamadofluxo escuro‘.

Com efeito, o estudo da RCFM nos fornece informações extremamente interessantes sobre a evolução do Universo em seus primeiros instantes. A nossa compreensão do Universo mudou radicalmente nos últimos anos… e, a julgar pelos problemas ainda         não resolvidos referentes à polarização, e outros aspectos relacionados ao processo       de formação de estruturas – ainda existe vasto campo de estudos… no qual a RCFM     deve continuar desempenhando papel de grande destaque em estudos cosmológicos.   

Texto base: ‘Radiação Cósmica de Fundo em Microondas’  (Thyrso Villela/INPE)          Outras fontes: ‘Introdução à RCFM’ # ‘Efeito Dipolo’ #‘WMAP – NEW RESULTS’             ‘A polarização da RCFM’ # ‘PLANCK – 1º MAPA’ # ‘WMAP termina mapeamento’   ‘Missão Planck recalcula idade e composição do universo’#‘Princípio Cosmológico’      *********************(texto complementar)************************************

Missão Planck e a nova história do Universo  (fevereiro/2015)                                     Gás quente, poeira, e campos magnéticos se misturam num redemoinho colorido, nesse novo mapa da Via Láctea. A imagem é parte dos mais recentes dados da missão Planck.’

Um animado retrato da nossa Via Láctea mostra uma mistura de gases, partículas carregadas, e vários tipos de poeira. A imagem composta vem da missão Planck. Ele foi construído a partir de observações feitas no microondas de comprimentos de onda milimétricos, que são maiores do que podemos enxergar com nossos olhos. (ESA / NASA / JPL-Caltech)

Um conturbado retrato da Via Láctea mostra uma mistura de gases, partículas carregadas, e vários tipos de poeira. [Planck – ESA / NASA / JPL-Caltech]

O disco principal da Via Láctea se estende no centro da imagem, envolto por correntes de poeira fria. Essa espécie de teia – é onde novas estrelas estão se formando…  – e o Planck achou muitas áreas onde estrelas estão prestes a nascer…ou no início de suas existências.

O telescópio espacial Planck passou mais de 4 anos observando a radiação remanescente do nascimento do nosso universo – chamada radiação cósmica de fundo em microondas (RCFM)… Com isso, está ajudando cientistas a entender melhor a ‘história estrutural’ do Universo – assim como da nossa própria galáxia… a Via Láctea.

“O Planck pode ver a velha luz nascente do universo; gás e poeira em nossa própria galáxia; e praticamente tudo entre eles – quer diretamente – quer por seu efeito sobre a primitiva radiação” disse Charles Lawrence…NASA.

Os novos dados foram disponibilizados ao público no dia 05 de fevereiro (2015), e agora incluem observações feitas durante toda a missão.  Para a equipe do Planck, estes dados estão refinando o que sabemos sobre o universo…ao fornecer medições mais precisas da matériaincluindo a matéria escurae da forma como estão aglutinadas.

Outras propriedades importantes do universo também são medidas com maior precisão, em testes cada vez mais exatos das teorias cosmológicas.

Aliás… uma dessas ‘propriedades cósmicas’ parece ter mudado com este novo pacote de dados – o período de tempo em que o universo permaneceu na escuridão, durante seus primeiros estágios. Uma análise preliminar dos dados do ‘Planck’ sugere que esta época, ocorrida antes da formação das primeiras estrelas – período conhecido comoIdade das Trevas’… durou mais tempo do que se pensava… mais de 100 milhões de anos.

Especificamente, a Idade das Trevas terminou 550 milhões de anos após     o Big Bang, mais tarde do que as estimativas preliminares de 300 a 400 milhões de anos. A investigação está em curso para confirmar esta ideia.

matéria escura

John Dubinski, Universidade de Toronto (simulação computacional)

Os dados do Planck também confirmam que a misteriosa força…mais conhecida como energia escura está agindo contra gravidade, espalhando os vulgo limites do universo à velocidades cada vez maiores.

“Portanto, até agora a teoria de Einstein está dando conta do recado… – A hipótese da energia escura continua firme” disse Martin White,   da ‘Berkeley University’.

Além do mais, o novo catálogo de imagens do telescópio Planck, agora possui mais de 1.500 aglomerados de galáxias observadas em todo o universo, o maior catálogo deste       tipo já produzido… que se encontra arquivado na Agência Espacial Europeia (ESA)…e no Centro de Processamento e Análise do Instituto de Tecnologia da Califórnia/NASA.

Esses aglomerados de galáxias, agem como ‘atratores no cruzamento das enormes estruturas filamentosas em uma teia cósmica, ajudando os cientistas a traçar nossa evolução cosmológica recente.

Uma nova análise, feita pela equipe do Planck… com mais de 400 desses aglomerados, nos proporcionou uma nova ideia a respeito de suas massas – que variam de 100 a 1.000 vezes a massa da nossa Via Láctea…Nesse esforço pioneiro, a equipe do Planck obteve as massas dos aglomerados, ao observar como estes encurvam a luz do fundo em microondas.

Os resultados fornecem o valor, aproximado, da massa total de centenas de aglomerados; sendo de grande ajuda na compreensão das elusivas matéria e energia escuras.

A radiação cósmica de fundo foi originada 370 mil anos após o Big Bang, numa época em que a temperatura do universo esfriou o suficiente para que sua luz já não fosse impedida (por partículas carregadas) de viajar livremente. Este telescópio espacial, bem como seus predecessores, captura a ‘luz primordial’, que viajou bilhões de anos para chegar até nós.

Mapas do Planck destas ‘manchas de luz’… nos mostram onde a matéria tinha apenas começado a se acumular – como sementes das galáxias que vemos hoje… Ao analisar essas propriedades  —  é possível deduzir como as ‘condições iniciais do universo induziram ao procedimento de aglutinação… – Além disso, ao estudar como essa ‘luz ancestral‘ se transformou, em sua longa jornada…até nos alcançar – podemos assim aprender sobre a história do cosmos.

“A luz cósmica de fundo em microondas é um viajante de muito longe, e há muito tempo…Quando ela chega, nos diz tudo, sobre toda a história do universo”, conclui Lawrence.

P.S. Um grande desafio para os cientistas do Planck é peneirar toda essa luz de longo comprimento, para identificar apenas a assinatura do fundo de microondas cósmico. Grande parte da nossa galáxia emite luz na mesma faixa, turvando nossa visão. Mas,       o que poderia ser lixo para uns, é tesouro para outros…como ilustrado no novo mapa     da ‘Via Láctea’ divulgado hoje.  A luz gerada a partir do interior da nossa galáxia… a mesma luz subtraída do antigo sinal – vem à tona numa nova imagem deslumbrante. Gás, poeira, e as linhas do campo magnético galático compõem um ativo frenesi, nos mostrando como novas estrelas se formam…no interior da nossa própria Via Láctea.

‘planck-mission-explores-the-history-of-our-universe’

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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Uma resposta para O ‘Instant Karma’ da Radiação de Fundo

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