FRBs revelam onde está a matéria ausente do Universo

Ao rastrear sinais de rádio extremamente intensos até às suas galáxias de origem, formadas quando o Universo ainda era muito jovem, astrofísicos conseguiram localizar onde se esconde a matéria “em falta”.

O “problema dos bárions ausentes” e o que estava a faltar

Há décadas, cientistas tentam entender por que motivo parecia existir apenas cerca de metade da matéria normal prevista no cosmos. A questão nunca foi se essa matéria existia, mas sim onde ela estava.

A matéria normal - composta por partículas bariônicas - representa por volta de 5 por cento do conteúdo de matéria e energia do Universo. Tudo o que conseguimos observar diretamente é feito desse tipo de matéria: estrelas, galáxias, planetas, poeira, buracos negros, gás e até nós.

Graças ao brilho remanescente do Big Bang, conhecido como Fundo Cósmico de Micro-ondas, é possível estimar quanta matéria bariônica havia no início de tudo. Quando astrónomos confrontaram esse valor com a matéria visível no céu, surgiu uma discrepância enorme: parecia haver apenas cerca de metade do que deveria.

Rápidas explosões de rádio (FRBs) como “lanternas” do meio intergaláctico

A pista decisiva está no espaço entre as galáxias - um ambiente tão rarefeito que não conseguiríamos vê-lo a olho nu. Ainda assim, ali flutua matéria em quantidade suficiente para deixar marcas mensuráveis nas rápidas explosões de rádio (FRBs), que cruzam o espaço-tempo com uma potência equivalente a 500 milhões de sóis.

Nos últimos anos, começaram a aparecer indícios de que a metade “perdida” estaria justamente nesse quase vazio entre galáxias. O problema é que essa matéria é tão difusa que os instrumentos não a captam diretamente. Porém, há alguns anos, astrónomos perceberam que ela é suficiente para alongar os sinais de milissegundos das FRBs à medida que essas ondas atravessam o cosmos.

As FRBs, por si só, continuam a ser um grande enigma. Como o nome sugere, são rajadas de ondas de rádio muito rápidas e extremamente energéticas, mas que duram apenas uma fração de segundo. A explicação mais sólida atualmente aponta para magnetars em erupção.

Como os sinais de 60 FRBs ajudaram a “pesar” o gás invisível

Independentemente do que as produza, as FRBs chegam de todas as regiões do céu e a partir de distâncias muito diferentes. A mais distante já detetada viajou por 9.1 bilhões de anos até alcançar a Terra, enquanto outras têm origem bem mais próxima.

Liam Connor, astrofísico do Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica, e os seus colegas analisaram 60 FRBs. Eles examinaram cada sinal com cuidado, procurando indícios de que a onda de rádio atravessou matéria bariônica no trajeto até nós.

“Os FRBs funcionam como lanternas cósmicas”, diz Connor. “Eles brilham através do nevoeiro do meio intergaláctico e, ao medir com precisão como a luz desacelera, conseguimos pesar esse nevoeiro, mesmo quando é fraco demais para ser visto.”

Onde está a matéria normal: 76 por cento no vazio, 15 por cento em halos

Pelos cálculos da equipa, a maior parte da matéria normal do Universo está no vazio, integrada ao meio intergaláctico - sobretudo na forma de gás hidrogénio - totalizando cerca de 76 por cento.

Outros 15 por cento estariam nos halos de matéria escura que envolvem galáxias e aglomerados de galáxias. O restante corresponde ao que compõe as próprias galáxias: as estrelas e o meio interestelar entre elas.

Connor resume o avanço: “O ‘problema dos bárions ausentes’, com décadas de idade, nunca foi sobre se a matéria existia”, afirma. “Sempre foi: Onde ela está? Agora, graças aos FRBs, sabemos: três quartos dela estão a flutuar entre galáxias na teia cósmica.”

Astrónomos devem continuar a procurar matéria bariônica pelo Universo. Saber onde ela se encontra e de que forma chegou a esses locais ajuda a reconstruir como o cosmos evoluiu ao longo da sua história de 13.8 bilhões de anos. Este resultado responde com clareza ao “onde”; o próximo desafio é entender o “como”.

“É um triunfo da astronomia moderna”, diz o astrónomo Vikram Ravi, do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech).

“Estamos a começar a ver a estrutura e a composição do Universo sob uma luz totalmente nova, graças aos FRBs. Esses flashes breves permitem rastrear a matéria invisível que preenche os enormes espaços entre as galáxias.”

A pesquisa foi publicada na revista Nature Astronomy.