FRBs revelam onde está a matéria ausente do Universo na teia cósmica

Ao rastrear rajadas rápidas de rádio (FRBs) extremamente intensas até as suas galáxias hospedeiras, formadas perto do início do tempo, astrofísicos conseguiram localizar onde a matéria ausente do Universo está escondida.

No imenso espaço entre as galáxias - tão rarefeito que jamais seria visível a olho nu - existe matéria em quantidade suficiente para deixar uma assinatura nas FRBs, sinais que rasgam o espaço-tempo com uma potência equivalente à de 500 milhões de Sóis.

Essa é mais uma medição que ajuda a resolver a questão de para onde foi metade da matéria normal do Universo, um aparente “sumiço” que intriga cientistas há décadas.

"O 'problema dos bárions ausentes', discutido há décadas, nunca foi sobre se a matéria existia", diz o astrofísico Liam Connor, do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. "A pergunta sempre foi: onde ela está? Agora, graças às FRBs, sabemos: três quartos dela estão flutuando entre as galáxias, na teia cósmica."

O problema dos bárions ausentes

A matéria normal - composta por partículas bariônicas - responde por cerca de 5% da composição de matéria e energia do Universo. É ela que forma tudo o que conseguimos detectar diretamente: estrelas, galáxias, planetas, poeira, buracos negros, gás e até nós, seres humanos.

Com base no brilho remanescente do Big Bang, conhecido como Fundo Cósmico de Micro-ondas, sabemos quanta matéria bariônica existia no começo de tudo. Quando astrônomos compararam esse total com a quantidade de matéria visível no céu, apareceu uma discrepância enorme: parecia haver apenas cerca de metade do que deveria existir.

Nos últimos anos, começaram a surgir indícios de que a “metade que faltava” estaria no espaço quase vazio que se abre entre as galáxias. Ali, a matéria é tão diluída que os instrumentos não a captam diretamente; ainda assim, há alguns anos, astrônomos descobriram que ela existia em quantidade suficiente para alongar os sinais de milissegundos das FRBs.

Como as FRBs revelam a matéria bariônica

As próprias FRBs também são um grande enigma. Como o nome sugere, são explosões de ondas de rádio muito rápidas e extremamente energéticas, mas que duram apenas uma fração de segundo. A explicação mais aceita no momento é que elas sejam produzidas por magnetars em erupção.

Seja qual for a origem, esses pulsos chegam de todas as direções do céu e de distâncias muito variadas. A FRB mais distante já detectada viajou por 9,1 bilhões de anos até nos alcançar; outras vêm de bem mais perto. Connor e seus colegas analisaram 60 FRBs, examinando cuidadosamente cada sinal em busca de indícios de que ele atravessou matéria bariônica no caminho até a Terra.

"As FRBs funcionam como lanternas cósmicas", afirma Connor. "Elas iluminam a névoa do meio intergaláctico e, ao medir com precisão como a luz desacelera, conseguimos pesar essa névoa, mesmo quando ela é fraca demais para ser vista."

Onde está a matéria normal do Universo

Pelos cálculos da equipe, a maior parte da matéria normal do Universo está no vazio, compondo o meio intergaláctico, principalmente na forma de gás hidrogênio - cerca de 76%. Outros 15% estariam nos halos de matéria escura que envolvem galáxias e aglomerados de galáxias. O restante é o que constitui as próprias galáxias: as estrelas e o meio interestelar entre elas.

Astrônomos certamente continuarão procurando matéria bariônica por todo o Universo. Saber onde ela está e como chegou até lá pode revelar muito sobre a evolução do cosmos ao longo de seus 13,8 bilhões de anos. Este resultado responde de maneira direta à pergunta sobre “onde” ela se encontra; agora falta entender o “como”.

"É um triunfo da astronomia moderna", diz o astrônomo Vikram Ravi, do Caltech.

"Estamos começando a enxergar a estrutura e a composição do Universo sob uma perspectiva totalmente nova, graças às FRBs. Esses flashes breves nos permitem rastrear a matéria invisível que preenche os vastos espaços entre as galáxias."

A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy.