O Big-Bang e a radiação cósmica de fundo

A descoberta da radiação cósmica de fundo

Antena de Penzias e Wilson.

Os radioastrónomos americanos Arno Penzias e Robert Wilson dos laboratórios Bell projectaram em 1960 uma antena para testes de comunicação de baixo ruído com o satélite Echo. Em 1963 a antena já não era necessária para o seu fim inicial e começou a ser usada para estudar as radiações, na banda rádio, emanando da Via Láctea. Nessa altura as medições experimentais disponíveis levavam a prever que a temperatura correspondente ao brilho da radiação que emanava da Via Láctea era inferior a 0.1 K para um comprimento de onda de 7 cm. Porém cedo descobriram um irritante ruído de fundo, como estática, que contamina as medições, pois os seus resultados experimentais davam 3.1 ± 1 K para esse comprimento de onda. Tal ruído não parecia provir de fontes de ondas rádio de origem humana, do Sol, ou de qualquer outro planeta, ou ainda de qualquer outra fonte celeste que pudessem identificar. Em desespero de causa afugentaram o casal de pombos que nidificava na antena e rasparam os seus dejectos. Mas tais esforços foram em vão! Concluiram então que o ruído tinha mesmo de ser de origem cósmica.

Os leitores mais curiosos já terão reparado na insólita forma da antena... De facto a antena tem a forma de um arco de parábola (uma curva com a forma y = ax²). Esta curva tem uma propriedade notável, ela foca as ondas que incidem paralelamente ao seu eixo num único ponto, chamado foco, "concentrando-as" desta forma. É o mesmo princípio usado nas antenas parabólicas, vulgo parabólicas, para apanhar os canais de satélite. Este comportamento pode ser visto no applet da esquerda, onde variando o ponto de incidência de um raio de luz (cursor horizontal) este é sempre reflectido na direcção do foco. Este comportamento também não depende da abertura da parábola, i.e. do parâmetro a, como pode ser visto movendo o cursor vertical.

Entretanto, não muito longe dali, em Princeton, Nova Jérsia, Robert Dicke tinha refinado a teoria de Gamov que previa que se o Universo tivesse sido criado de acordo com a teoria do Big-Bang, uma ténue radiação cósmica na banda rádio, a 3 K, seria visível em qualquer ponto do Universo, à qual chamou – radiação cósmica de fundo. Os físicos Robert Dicke e os seus colegas procuravam entretanto desenvolver uma forma experimental de medir esta radiação... Em 1965 Penzias, ao encontrar um artigo escrito por Dicke, infere que a "estática" da antena dos laboratórios Bell poderia muito bem ser a tal radiação cósmica de fundo. Depois dos dois grupos se terem encontrado e partilhado os resultados, publicaram um par de artigos no Astrophysical Journal. Penzias e Wilson descreveram a medida experimental da "estática" da sua antena e os físicos de Princeton a interpretação dos resultados experimentais em termos da sua teoria.