Na teia cósmica, FRBs revelam onde está a matéria ausente do Universo

Em vez de procurar a matéria “sumida” do Universo com telescópios apontados para estrelas e galáxias, astrônomos encontraram uma pista melhor em lampejos curtos de rádio que cruzam o cosmos. Ao rastrear esses sinais até suas galáxias de origem, próximas aos primeiros tempos do Universo, eles conseguiram identificar onde a matéria que faltava estava escondida.

No espaço entre as galáxias - tão rarefeito que não dá para enxergar a olho nu - há matéria suficiente para deixar sua marca nos rajadas rápidas de rádio (FRBs), que rasgam o espaço-tempo com uma potência equivalente a 500 milhões de Sóis.

É mais uma medição que ajuda a resolver o enigma de décadas sobre para onde foi parar metade da matéria normal do Universo, uma ausência que intrigou cientistas por muito tempo.

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

A matéria normal, composta por partículas bariônicas, representa cerca de 5% da composição de matéria e energia do Universo. Ela inclui tudo o que conseguimos detectar diretamente - estrelas, galáxias, planetas, poeira, buracos negros, gás e até nós, humanos, somos feitos de matéria normal.

Graças ao brilho remanescente do Big Bang conhecido como Fundo Cósmico de Micro-ondas, sabemos quanta matéria bariônica existia no início de tudo. Quando astrônomos compararam essa quantidade com o volume de matéria visível observado no céu, apareceu uma discrepância enorme: parecia haver apenas cerca de metade do que deveria existir.

Nos últimos anos, começaram a surgir indícios dessa metade ausente no espaço quase vazio que se abre entre as galáxias. Ali, a matéria é tão tênue que nossos instrumentos não conseguem detectá-la diretamente; mas, há alguns anos, astrônomos descobriram que havia quantidade suficiente para “esticar” os sinais de milissegundos das FRBs.

As FRBs, por si só, já são um grande mistério. Como o nome sugere, elas são explosões muito rápidas e intensas de ondas de rádio - extremamente poderosas, mas que duram só uma fração de segundo. A explicação mais aceita hoje é que venham de magnetares em erupção.

Seja qual for a origem, elas chegam de todas as direções do céu, vindas de uma faixa enorme de distâncias. A 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 para buscar indícios de que ele atravessou matéria bariônica no caminho até a Terra.

“As FRBs agem como lanternas cósmicas”, afirma Connor. “Elas brilham através da 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.”

Pelas contas da equipe, a maior parte da matéria normal do Universo está “morando” no vazio, como parte do meio intergaláctico - principalmente na forma de gás hidrogênio - em torno de 76%. Outros 15% da matéria estão nos halos de matéria escura que envolvem galáxias e aglomerados de galáxias. O restante é o que compõe as próprias galáxias - as estrelas e o meio interestelar entre elas.

Sem dúvida, astrônomos vão continuar procurando matéria bariônica pelo Universo. Onde ela está e como foi parar ali podem revelar muito sobre a evolução do cosmos ao longo de seus 13,8 bilhões de anos. Este resultado responde de forma elegante onde ela está; 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 luz totalmente nova, graças às FRBs. Esses flashes breves nos permitem rastrear a matéria invisível que preenche os enormes espaços entre as galáxias.”

A pesquisa foi publicada na Nature Astronomy.