A radiação cósmica de fundo corresponde à primeira luz emitida após o Big Bang. Ela ainda preenche todo o Universo e constitui uma espécie de fotografia dos seus primórdios. Ao analisá-la, os investigadores podem recuar no tempo e compreender como o cosmos se formou.
Esta luz possui uma propriedade chamada polarização, que pode ser comparada a uma orientação. Em teoria, esta orientação poderia girar ligeiramente durante a sua viagem através do Universo. Este fenómeno recebe o nome de birrefringência cósmica.
Diagrama ilustrando a ambiguidade das rotações da polarização.
Crédito: Naokawa, Namikawa, higgstan.com
Por que é importante esta rotação? Porque ela poderia ser causada por partículas ainda desconhecidas, ligadas, por exemplo, à matéria escura. Detetar claramente esta rotação seria, portanto, uma pista preciosa sobre a composição do Universo.
Mas medir esta rotação é extremamente delicado. Até agora, os cientistas deparavam-se com uma ambiguidade. É como olhar para um relógio sem saber quantas voltas completas os ponteiros já deram. Vemos a posição final, mas não o número total de rotações.
As antigas medições sugeriam uma pequena rotação de cerca de 0,3 graus. No entanto, não permitiam excluir que a luz tivesse, na realidade, girado várias vezes completamente antes de chegar até nós. Isto introduzia uma grande incerteza.
Para resolver este problema, os investigadores estudaram em detalhe um sinal particular chamado "EB". Este sinal contém informações refinadas sobre a polarização da luz. Ao analisá-lo com mais precisão, conseguiram levantar esta ambiguidade. Podem agora determinar não apenas o ângulo final de rotação, mas também o número de rotações completas efetuadas.
Esta melhoria não diz respeito apenas à birrefringência. Ela altera também a interpretação de outros sinais cosmológicos, como a correlação "EE". Esta está ligada a etapas importantes da história do Universo, nomeadamente ao período em que as primeiras estrelas transformaram a matéria circundante.
Ao refinar estas medições, os cientistas obtêm uma imagem mais precisa destas grandes fases da evolução cósmica. Isto permite compreender melhor como o Universo passou de um estado simples para a estrutura complexa que observamos hoje.
Os futuros instrumentos, como o Simons Observatory ou o satélite LiteBIRD, deverão beneficiar plenamente deste método. Eles poderão medir a polarização com uma precisão ainda sem precedentes.
Em paralelo, outros trabalhos procuram corrigir os erros relacionados com os próprios instrumentos, utilizando objetos celestes como referências. Tudo isto poderá abrir uma janela para aspetos ainda desconhecidos da física, como a natureza da matéria escura ou da energia escura.
Fonte: Physical Review Letters