A luz mais antiga do cosmos pode revelar que o Universo é torcido

O fundo cósmico de micro-ondas (CMB) é a radiação eletromagnética mais antiga que podemos observar, emitida cerca de 380 mil anos após o Big Bang. Antes desse período, o Universo era um plasma quente e ionizado, no qual fótons colidiam continuamente com elétrons livres e não conseguiam viajar livremente.

Quando prótons e elétrons passaram a formar átomos neutros, essa radiação começou a se propagar pelo espaço, chegando até nós hoje como micro-ondas. O CMB também apresenta uma quantidade de polarização linear, produzida pelo espalhamento da radiação por elétrons livres durante essa época.

Uma hipótese é que essa polarização representa uma possível rotação da direção de polarização durante a propagação da radiação. Se for confirmada, ela poderia indicar a existência de fenômenos além do Modelo Padrão, com possíveis implicações para a natureza da matéria e da energia escuras.

CMB

O fundo cósmico de micro-ondas (CMB) é a radiação eletromagnética mais antiga observável do Universo. Antes disso, o cosmos era preenchido por um plasma formado principalmente por prótons, elétrons e fótons. Com a expansão e o resfriamento do Universo, a temperatura caiu até permitir que elétrons e prótons se combinassem.

O CMB funciona como um registro do Universo primordial, preservando informações sobre as condições físicas existentes quando ele tinha apenas cerca de 380 mil anos. Suas variações de temperatura permitem estudar a distribuição inicial de matéria e energia e estabelecer parâmetros da Cosmologia.

Polarização

A polarização da luz descreve a orientação preferencial da oscilação do campo elétrico de uma onda eletromagnética em relação à sua direção de propagação. Ela pode surgir quando a radiação interage com partículas carregadas, como elétrons, por meio do espalhamento.

No caso do CMB, uma pequena fração dos fótons foi polarizada pelo espalhamento entre a radiação e elétrons durante a época de recombinação. Essa polarização é registrada em dois componentes principais, chamados modos E e B, que possuem padrões espaciais distintos.

Novo resultado

Análises recentes sugerem que a direção da polarização do CMB pode ter sofrido uma rotação de apenas uma fração de grau ao longo dos quase 14 bilhões de anos de viagem. Esse possível efeito é chamado de birrefringência cósmica e, se confirmado, poderia indicar uma interação desconhecida entre a radiação e o espaço-tempo.

O principal problema é que uma rotação pequena pode ser produzida por um erro na calibração dos detectores de polarização de telescópios. Se todos os detectores estiverem orientados com um pequeno desvio angular, o sinal observado será praticamente idêntico ao de uma rotação cosmológica uniforme.

Como vemos o Universo?

Para estudar o Universo primordial, os pesquisadores analisam mapas de polarização do CMB produzidos por diferentes conjuntos de detectores do satélite Planck. Cada detector mede a orientação da polarização da radiação e, a partir da combinação dessas medidas, é possível reconstruir padrões em diferentes regiões do céu.

Nesse estudo, oito mapas de polarização do Planck foram analisados permitindo comparar os padrões de calibração obtidos entre diferentes conjuntos de dados. Os resultados foram então confrontados com uma técnica já estabelecida para separar uma possível rotação cosmológica de efeitos causados pela orientação dos detectores.