A invenção da tomografia computadorizada levou a uma revolução no diagnóstico médico. Onde os raios X fornecem apenas uma visão bidimensional plana do corpo humano, uma tomografia computadorizada fornece uma visão tridimensional mais reveladora. Para fazer isso, as tomografias CAT tomam muitas "fatias" virtuais eletronicamente e as montam em uma imagem 3D.
Agora, uma nova técnica que se assemelha à tomografia computadorizada, conhecida como tomografia, está pronta para revolucionar o estudo do jovem universo e o fim da “idade das trevas” cósmica. Reportando na edição de 11 de novembro de 2004 da Nature, os astrofísicos J. Stuart B. Wyithe (Universidade de Melbourne) e Abraham Loeb (Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian) calcularam o tamanho das estruturas cósmicas que serão medidas quando os astrônomos efetivamente tire imagens do tipo primordial do CAT. Essas medidas mostrarão como o universo evoluiu ao longo de seu primeiro bilhão de anos de existência.
"Até agora, estávamos limitados a um único instantâneo da infância do universo - o fundo cósmico de microondas", diz Loeb. "Essa nova técnica nos permitirá ver um álbum inteiro cheio de fotos de bebê do universo. Podemos ver o universo crescer e amadurecer. ”
Slicing Space
O coração da técnica de tomografia descrita por Wyithe e Loeb é o estudo da radiação de 21 centímetros de comprimento de onda a partir de átomos de hidrogênio neutros. Em nossa própria galáxia, essa radiação ajudou os astrônomos a mapear o halo esférico da Via Láctea. Para mapear o universo jovem distante, os astrônomos devem detectar a radiação de 21 cm que foi deslocada para o vermelho: esticada para comprimentos de onda mais longos (e frequências mais baixas) pela expansão do próprio espaço.
O desvio para o vermelho está diretamente correlacionado à distância. Quanto mais uma nuvem de hidrogênio está da Terra, mais sua radiação é desviada para vermelho. Portanto, observando uma frequência específica, os astrônomos podem fotografar uma “fatia” do universo a uma distância específica. Ao percorrer muitas frequências, eles podem fotografar muitas fatias e construir uma imagem tridimensional do universo.
"A tomografia é um processo complicado, que é uma das razões pelas quais nunca havia sido feito antes em turnos muito altos", diz Wyithe. "Mas também é muito promissor, porque é uma das poucas técnicas que nos permitirá estudar os primeiros bilhões de anos da história do universo".
Um universo de bolhas de sabão
Os primeiros bilhões de anos são críticos, porque foi quando as primeiras estrelas começaram a brilhar e as primeiras galáxias começaram a se formar em aglomerados compactos. Essas estrelas queimavam muito, emitindo enormes quantidades de luz ultravioleta que ionizavam átomos de hidrogênio próximos, separando elétrons de prótons e limpando a névoa de gás neutro que enchia o universo primitivo.
Os aglomerados de galáxias jovens logo foram cercados por bolhas de gás ionizado, como bolhas de sabão flutuando em uma banheira de água. À medida que mais luz ultravioleta inundava o espaço, as bolhas aumentavam e gradualmente se fundiam. Eventualmente, cerca de um bilhão de anos após o Big Bang, todo o universo visível foi ionizado.
Para estudar o universo primitivo, quando as bolhas eram pequenas e o gás quase neutro, os astrônomos precisam levar fatias pelo espaço, como se fatiassem um bloco de queijo suíço. Loeb diz que, assim como no queijo, "se nossas fatias do universo forem muito estreitas, continuaremos atingindo as mesmas bolhas. A vista nunca vai mudar.
Para obter medições realmente úteis, os astrônomos devem usar fatias maiores que atingem bolhas diferentes. Cada fatia deve ser maior que a largura de uma bolha típica. Wyithe e Loeb calculam que as maiores bolhas individuais atingiram tamanhos de cerca de 30 milhões de anos-luz no universo primitivo (equivalente a mais de 200 milhões de anos-luz no universo expandido de hoje). Essas previsões cruciais orientarão o design de instrumentos de rádio para conduzir estudos tomográficos.
Os astrônomos em breve testarão as previsões de Wyithe e Loeb usando uma variedade de antenas ajustadas para operar nas frequências de 100-200 megahertz de hidrogênio de 21 cm com desvio vermelho. Mapear o céu nessas frequências é extremamente difícil por causa da interferência do homem (TV e rádio FM) e dos efeitos da ionosfera da Terra nas ondas de rádio de baixa frequência. No entanto, novas tecnologias eletrônicas e de computador de baixo custo tornarão possível o mapeamento extensivo antes do final da década.
"Os cálculos de Stuart e Avi são lindos porque, uma vez que construímos nossas matrizes, as previsões serão fáceis de testar quando dermos nossos primeiros vislumbres do universo primitivo", diz Lincoln Greenhill (CfA), rádio-astrônomo Smithsonian.
Greenhill está trabalhando para criar esses primeiros vislumbres através de uma proposta para equipar o Very Large Array da National Science Foundation com os receptores e eletrônicos necessários, financiados pelo Smithsonian. "Com sorte, criaremos as primeiras imagens das conchas de material quente em torno de vários dos quasares mais jovens do universo", diz Greenhill.
Os resultados de Wyithe e Loeb também ajudarão a orientar o design e o desenvolvimento de observatórios de rádio da próxima geração sendo construídos a partir do zero, como o projeto europeu LOFAR e uma matriz proposta por uma colaboração EUA-Austrália para a construção no interior silencioso do rádio. Austrália Ocidental.
Fonte original: Comunicado de imprensa da Harvard CfA
