O “Época da Reionização”Foi um período crítico para a evolução cósmica e sempre fascinou e mistificou os astrônomos. Durante esta época, as primeiras estrelas e galáxias formaram e reionizaram as nuvens de hidrogénio neutro que permeavam o Universo. Isto encerrou a Idade das Trevas Cósmica e fez com que o Universo se tornasse “transparente”, o que os astrónomos chamam de “Amanhecer Cósmico”. De acordo com os nossos modelos cosmológicos actuais, a reionização durou entre 380 mil e mil milhões de anos após o Big Bang. Isto é baseado em evidências indiretas, uma vez que os astrônomos não conseguiram visualizar diretamente a Época da Reionização.
Investigar esse período foi um dos principais motivos para o desenvolvimento do Telescópio Espacial James Webb (JWST), que pode perfurar o véu da “idade das trevas” usando sua poderosa óptica infravermelha. No entanto, as observações fornecidas por Webb revelou que existiam muito mais galáxias no Universo primordial do que se esperava anteriormente. De acordo com um estudo recenteisto sugere que a reionização pode ter acontecido mais rapidamente e terminado pelo menos 350 milhões de anos antes do que os nossos modelos prevêem. Mais uma vez, a capacidade de perscrutar o Universo primordial produziu tensões com as teorias cosmológicas prevalecentes.
O estudo foi liderado por Julian B Muñozprofessor assistente de astronomia na Universidade do Texas em Austin. Ele foi acompanhado por John Chisholmtambém professor assistente de astronomia na UT Austin; Jordan Mirochaestudante de pós-doutorado da NASA no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA e no Instituto de Tecnologia da Califórnia; Steven Furlanettoprofessor associado de física e astronomia na Universidade da Califórnia-Los Angeles, e Charlotte Masonprofessor associado do Cosmic Dawn Center do Instituto Niels Bohr. O artigo que descreve suas descobertas foi publicado no Avisos mensais da Royal Astronomical Society.
De acordo com os modelos cosmológicos atuais, o Universo foi preenchido com um plasma quente e denso de prótons e elétrons durante os primeiros 380 mil anos após o Big Bang. Eventualmente, o Universo esfriou o suficiente para que prótons e elétrons se unissem e formassem hidrogênio neutro. Por ca. 100 milhões de anos após o Big Bang, começaram a se formar as primeiras estrelas (População III), extremamente massivas e quentes. Essas estrelas se uniram para criar as primeiras galáxias, e sua luz ultravioleta fez com que o hidrogênio neutro se dividisse mais uma vez em prótons e elétrons (também conhecido como ionizado).
Assim que a maior parte do hidrogénio do Universo se tornou ionizado (cerca de 1 mil milhões de anos após o Big Bang), a Época da Reionização terminou. Neste ponto, o Universo era transparente e a luz deste período é hoje visível pelos telescópios ópticos. Como Chisholm indicou em um comunicado à imprensa da UT Austin, a reionização também desempenhou um papel importante na evolução do Universo. “O processo aqueceu e ionizou o gás no Universo, que regulou a rapidez com que as galáxias cresceram e evoluíram”, “Essas primeiras estrelas estabeleceram a estrutura geral das galáxias no Universo.”
Antes da implantação do JWST, os cientistas contavam com medições da radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB), da radiação relíquia do Big Bang e da Floresta Lyman-alfa – o comprimento de onda da luz associado à reionização do hidrogénio. A partir disto, os astrónomos tiveram uma noção de quanta energia estava disponível para a reionização ocorrer (um “orçamento de fotões”) e quanto tempo durou. Como Muñoz explicou:
“(Reionização) é a última grande mudança a acontecer. Você passou de neutro, frio e chato para ionizado e quente. E isso não é algo que aconteceu apenas com uma ou duas galáxias. Aconteceu com todo o Universo. É um jogo de contabilidade. Sabemos que todo o hidrogênio era neutro antes da reionização. A partir daí, você precisa de ultravioleta extremo suficiente para dividir cada átomo. Então, no final do dia, você pode fazer as contas para descobrir quando a reionização terminou.”
No entanto, as observações feitas com o JWST revelaram coisas que desafiam os modelos aceites. Isto inclui uma maior abundância de galáxias, que produzem mais radiação UV do que o previsto anteriormente. Estas descobertas sugerem que a reionização deveria ter terminado 550 a 650 milhões de anos após o Big Bang, em vez de mil milhões de anos. Mas se isso fosse verdade, a CMB e a Floresta Lyman-alpha seriam diferentes. Em suma, há uma tensão entre estas medições e Webbobservações de – como a equipe descreve em seu estudo, uma “crise orçamentária de fótons”.
Tal como a Tensão de Hubble, estas descobertas sugerem que algo pode estar faltando nos nossos modelos cosmológicos atuais. Uma possibilidade que a equipe explorou é a recombinação, onde prótons e elétrons ionizados se reúnem novamente para formar hidrogênio neutro. Foi exatamente isso que aconteceu 380 mil anos depois do Big Bang, conhecido como “Era da Recombinação.” Se este processo acontecesse com mais frequência do que os nossos modelos sugerem, poderia aumentar a quantidade de luz UV extrema necessária para reionizar o Universo. Como explicou Muñoz, são necessárias observações de acompanhamento para confirmar esta teoria:
“Precisamos de observações mais detalhadas e profundas de galáxiase uma melhor compreensão do processo de recombinação. Resolver esta tensão sobre a reionização é um passo fundamental para finalmente compreender este período crucial. Estou animado para ver o que os próximos anos reservam.”
Leitura adicional: Física.org, MNRAS
