Cientistas revelam como a reionização é a chave para desvendar a origem do Universo

Após o Big Bang, toda a matéria que “apareceu” era essencialmente uma espécie de sopa de hidrogénio - apenas um protão e um eletrão - o que significa que não existia nenhuma das estruturas que vemos hoje no céu noturno, como estrelas ou galáxias. Esta beleza atual surgiu após a Idade das Trevas.

Este período é chamado “escuro” porque as partículas elementares que existiam não interagiam entre si, tornando o Universo opaco e relativamente homogéneo, com algumas regiões de maior densidade, que viriam a ser as sementes de futuras estrelas.

A radiação emitida por essas primeiras estrelas transformou radicalmente todo o meio interestelar, pois os fotões começaram a quebrar os átomos de hidrogénio, deixando apenas os núcleos - o que é conhecido como hidrogénio ionizado. Este foi o passo crucial para que o Universo se tornasse transparente.

Um efeito imediato foi que a luz não podia viajar livremente, e é por isso que se diz que o Universo não era transparente - até que, a dada altura, as primeiras estrelas se começaram a formar, provocando a “ignição” do Universo.

A Grande Transformação Cósmica

Esta era de reionização foi fundamental para o aparecimento do Universo “visível”, uma vez que começaram a surgir cada vez mais fontes de luz, como num efeito dominó, dissipando o nevoeiro cósmico que ainda persistia. Um desafio atual para a ciência é o facto de não sabermos exatamente quando começou este processo.

A radiação das primeiras estrelas foi suficientemente forte para alterar o seu ambiente e, com as suas grandes massas, enriqueceram tudo com elementos mais pesados, alimentaram galáxias e prepararam o terreno para a formação dos buracos negros maciços que conhecemos hoje.

No entanto, estas estrelas - conhecidas pelos astrónomos como População III - têm vidas muito curtas devido às suas grandes massas e ao rápido consumo de combustível, pelo que se acredita que não foram suficientes para ionizar completamente todo o Universo. Uma teoria sugere que as galáxias ativas e os buracos negros supermassivos também desempenharam um papel.

O que é certo é que, embora possamos agora observar os efeitos da reionização, as suas causas e o momento em que ocorreu permanecem um mistério. Determinar que objetos estiveram envolvidos, quando o processo começou e quanto tempo durou são questões em aberto na astronomia que requerem novas ferramentas de observação.

Webb e a Primeira Luz

Sem dúvida, uma ferramenta que nos tem ajudado muito a começar a resolver estes mistérios é o Telescópio Espacial James Webb (JWST), graças à sua capacidade de observação no espectro infravermelho, permitindo a deteção de luz a mais de 13 mil milhões de anos-luz de distância.

Desde que começou a funcionar em 2022, o Webb tem sido capaz de identificar galáxias mais antigas (e mais distantes) do que o esperado - algumas formaram-se quando o Universo tinha apenas 300 milhões de anos. Estas observações desafiaram o que pensávamos saber sobre a formação das galáxias.

A maior força do telescópio reside nos seus instrumentos, que nos permitem analisar não só a distância mas também a composição - permitindo-nos estimar a idade do objeto observado. Pode também identificar assinaturas químicas, taxas de formação estelar, explosões estelares e o nível de ionização do meio circundante.

Lembre-se que a ionização de um elemento significa essencialmente a remoção dos seus eletrões mais exteriores, o que reflete uma mudança na energia dos fotões de impacto e, portanto, uma transformação em todo o meio interestelar. O Webb está a ajudar-nos significativamente nesta área.

Um longo caminho a percorrer

Ainda há questões a responder, como os processos exatos que ocorreram durante esta fase e até que ponto os buracos negros contribuíram. Aconteceu de repente ou gradualmente? Mais importante ainda, porque é que algumas regiões se tornaram transparentes antes de outras, se o Universo era suposto ser homogéneo?

A cosmologia ainda está à procura de respostas - especialmente para compreender o papel do hidrogénio neutro que sobreviveu à reionização. Uma forma de o fazer é estudar o chamado sinal de 21 centímetros, emitido por este elemento. Se for detetado, pode permitir-nos mapear o caminho que a reionização tomou.

Como se isso não bastasse, temos ainda de considerar o papel da matéria negra em tudo isto. Sabemos que estava lá, mas não sabemos como estava distribuída. Alguns modelos sugerem que esta é a chave para compreender onde e quando surgiram as primeiras fontes de luz - e, em última análise, a origem desta substância misteriosa.

Sem dúvida, a história de como a luz triunfou sobre a escuridão é fascinante, e há muito mais perguntas do que respostas. Mas o que temos a certeza é que, com os novos telescópios espaciais - os que já estão em órbita e os que ainda vão ser lançados - vamos poder compreender melhor o nosso lugar no vasto cosmos.