Há 13,8 bilhões de anos, o universo era mais quente que quente. Depois se expandiu e esfriou – para 2,725 Kelvin hoje, a temperatura da radiação cósmica de fundo. Desde o momento em que a radiação cósmica de fundo foi liberada até hoje, o Universo se expandiu por um fator de cerca de 1100. A radiação cósmica de fundo, que originalmente tinha uma temperatura de cerca de 3000 Kelvin e cuja radiação térmica, portanto, parecia naquela época tão semelhante à luz de uma lâmpada halógena, resfriada pelo mesmo fator. É claro, o universo inteiro nunca foi igualmente quente em todos os lugares. Isto torna possível aos pesquisadores de hoje, por incrível que pareça, medir a temperatura do universo em sua juventude. Na revista científica Nature, um grupo internacional de astrofísicos descreve como eles conseguiram fazer isso. Os cientistas utilizaram o observatório NOEMA (Northern Extended Millimeter Array) nos Alpes franceses, o mais poderoso radiotelescópio do Hemisfério Norte. Com ele, eles observaram HFLS3, uma enorme galáxia de explosão estelar – ou seja, uma galáxia que forma suas estrelas extremamente rapidamente. Como HFLS3 está tão longe da Terra, sua luz levou tanto tempo para chegar até nós que a observamos 880 milhões de anos após o Big Bang. Em outras palavras, em uma época em que o universo era muito mais jovem e, portanto, mais quente.

Os astrônomos descobriram uma nuvem de vapor de água fria na galáxia que lança uma sombra sobre a radiação cósmica de fundo de microondas. A sombra é criada porque a água mais fria absorve a radiação de microondas mais quente no seu caminho para a Terra. O quão escura é a mancha deixada pela sombra revela a diferença de temperatura entre a radiação de fundo e o vapor de água. Como a temperatura da água pode ser determinada a partir de outras propriedades observadas da galáxia starburst, os pesquisadores foram capazes de calcular quão quente a radiação relíquia do Big Bang deve ter sido na época. Eles chegaram a um valor entre 16,4 e 30,2 Kelvin, cerca de sete vezes mais quente do que no universo de hoje. Isto corresponde às previsões dos atuais modelos cosmológicos de 20 Kelvin e assim os confirma. Em nossos modelos cosmológicos, o efeito da expansão cósmica sobre a temperatura é muito direto: Durante o tempo em que as distâncias entre galáxias distantes aumentaram um fator de 2 devido à expansão cósmica, a temperatura da radiação cósmica de fundo cai para metade de seu valor original.

“Além de demonstrar arrefecimento, esta descoberta também nos mostra que o universo tinha algumas propriedades físicas muito específicas em seus primórdios que hoje não existem mais”, disse o primeiro autor Professor Dr. Dominik Riechers do Instituto de Astrofísica da Universidade de Colônia. “Muito cedo, cerca de 1,5 bilhões de anos após o Big Bang, o fundo cósmico de microondas era muito frio para observar este efeito. Portanto, temos uma janela de observação única que só se abre no universo muito jovem”. Em outras palavras, se hoje existisse uma galáxia com propriedades idênticas a HFLS3, a sombra da água não seria mais observável porque o contraste de temperatura necessário não existiria mais.

“Este importante marco não só confirma a esperada tendência de resfriamento para uma época muito anterior à anteriormente medida, mas também poderia ter implicações diretas na natureza da energia escura evasiva”, diz o co-autor Dr. Axel Weiss do Instituto Max Planck de Radioastronomia (MPIfR) em Bonn, Alemanha. Na astrofísica, pensa-se que a energia escura é responsável pela expansão acelerada do universo durante os últimos bilhões de anos, mas suas propriedades permanecem mal compreendidas porque não pode ser observada diretamente com os telescópios e instrumentos atualmente disponíveis. No entanto, suas propriedades influenciam a evolução da expansão cósmica e, portanto, a taxa de resfriamento do universo ao longo do tempo cósmico. Com base nesta experiência, as propriedades da energia escura permanecem – por enquanto – consistentes com as da “constante cosmológica” de Einstein. “Ou seja, temos um universo em expansão no qual a densidade da energia escura não muda”, explica Weiss.