Oscilações Acústicas de Bárions

Aproximadamente 370 mil anos depois do Big Bang, o universo esfriou o suficiente para permitir que prótons e elétrons se combinassem formando átomos de hidrogênio neutro (que é de longe o átomo mais comum no Universo). Antes disso, estas partículas constituíam um plasma quente no qual se propagavam ondas de pressão criadas no interior das condensações de matéria escura que começavam a se formar. Essas ondas foram geradas pela interação dos átomos (ou matéria bariônica) com a radiação. A elas dá-se o nome de oscilações acústicas de bárions.

Uma analogia deste processo pode ser o das ondas geradas na superfície de um lago ao se jogar uma pedra. Se este lago com suas ondas concêntricas geradas pela pedrada subitamente congelasse, teríamos registradas na superfície gelada do lago as ondas produzidas.

boss_bao_01 — **Figura 1** – Regiões de maior densidade de galáxias (representada por círculos, que na verdade são regiões esféricas) em torno dos bolsões de matéria em uma dada época da idade do Universo. Devido ao fato do Universo se expandir, a distância do centro dos bolsões até onde houve o “congelamento” das oscilações acústicas varia com o tempo, e assim podemos avaliar o quanto o Universo se expande entre duas épocas distintas. A representação está um tanto quanto exagerada, mas tem a finalidade de ajudar a dar uma ideia do fenômeno. Crédito da imagem: Zosia Rostomian.

Voltando ao início. Quando houve a combinação de prótons e elétrons, a interação com a radiação diminui enormemente e as perturbações do plasma ficaram “congeladas” na distribuição de matéria do universo. A distância que foi possível estas ondas viajarem antes de ficarem “congeladas” chama-se horizonte acústico, que pode ser determinada multiplicando-se a idade do universo na época pela velocidade do som neste meio. Da mesma forma que existe um aumento da densidade em uma onda sonora, as ondas que se propagavam no plasma também apresentavam um pequeno aumento da densidade de matéria bariônica (galáxias). Nos
dias de hoje, a distância característica onde se formaram estas condensações a partir dos bolsões de matéria escura é de
aproximadamente 450 milhões de anos-luz.

Esta distância (horizonte acústico) varia à medida que o universo se expande. Através de ferramentas matemáticas e estatísticas que medem o grau de aglomeração das galáxias podemos determinar a escala angular do horizonte acústico para diferentes épocas. Analisando esta variação, estimamos a taxa com que o universo vem se expandindo ao longo de sua história. Mas para se conseguir isso, são necessárias medidas da posição de centenas de milhões de galáxias, o que se espera obter com as observações da DECam.