A Antena-Corneta Gigante de Holmdel, que descobriu o Big Bang por acaso

Físicos e astrônomos acreditam que o universo começou com o Big Bang: um evento cataclísmico que ocorreu há cerca de 13 bilhões de anos e que deu origem ao universo. A teoria do Big Bang, proposta pelo padre Georges Lemaître como "hipótese do átomo primordial", sugere que todo o universo estava concentrado em um estado incrivelmente quente e denso, chamado de singularidade, que começou a se expandir rapidamente, resultando na formação de matéria, incluindo partículas subatômicas e átomos. Esses átomos então se aglomeraram para formar galáxias, estrelas e outras estruturas no universo.

Durante muito tempo, os cientistas questionaram-se se um evento tão poderoso como o Big Bang deveria deixar alguma evidência, uma radiação "relíquia" na forma de um ruído cósmico de fundo que permeia todo o universo. A radiação cósmica de fundo (RCF) foi prevista pela primeira vez em 1948 pelos cosmólogos americanos Ralph Alpher e Robert Herman.

A comunidade astronômica dominante, entretanto, não ficou intrigada na época pela cosmologia. A própria teoria do Big Bang foi amplamente debatida. A alternativa era a teoria do estado estacionário, que postula que o universo existe desde a eternidade e é aproximadamente o mesmo em qualquer momento.

O primeiro reconhecimento publicado da radiação RCF como um fenômeno detectável apareceu em um breve artigo dos astrofísicos soviéticos AG Doroshkevich e Igor Novikov, na primavera de 1964. No mesmo ano, Robert H. Dicke e seus colegas da Universidade de Princeton, Jim Peebles, e David Wilkinson, astrofísicos começaram a se preparar para pesquisar essa radiação de micro-ondas.

Robert e seus colegas raciocinaram que o Big Bang deve ter espalhado não apenas a matéria que se condensou nas galáxias, mas também deve ter liberado uma tremenda explosão de radiação. Tendo os instrumentos apropriados, eles acreditavam que esta radiação poderia ser detectada, embora na forma de microondas, devido ao significativo desvio para o vermelho.

A apenas 60 km de distância, na colina Crawford, na localidade de Holmdel, no estado norte-americano de Nova Jersey, Arno Penzias e Robert Wilson estavam fazendo experiências com uma antena tipo corneta supersensível para mapear sinais de rádio da Via Láctea. A Antena Holmdel foi originalmente construída como parte do Projeto Echo para detectar ondas de rádio refletidas em grandes satélites de balão.

Arno Penzias, à direita, verificando o interior da antena-corneta com o Robert Wilson na escada. Crédito da foto: Nokia Bell Labs

O Projeto Echo foi uma iniciativa da NASA, onde grandes esferas de mylar infladas de até 30 metros de diâmetro foram orbitadas a cerca de 1.600 quilômetros acima da Terra, refletindo passivamente o sinal de rádio direcionado para sua grande superfície brilhante. A NASA fez esses refletores passivos simples para transmissão intercontinental de telefone, rádio e televisão.

A antena de Holmdel foi construída para se comunicar com esses satélites Echo. Esta antena-corneta tem 15 metros de comprimento e uma abertura de 6 metros quadrados, que se estreita até uma saída de 20 centímetros, através da qual as ondas de rádio eram canalizadas para um receptor.

Pouco depois do Projeto Echo, o satélite Telstar foi lançado, tornando obsoleto o sistema Echo com seus transponders integrados. Este avanço liberou a antena de suas restrições comerciais anteriores, tornando-a disponível para fins de pesquisa. Aproveitando a oportunidade, Arno e Robert decidiram utilizá-la para a análise de sinais de rádio originados dos espaços interestelares.

Robert Wilson e Arno Penzias em 1978

No entanto, quando começaram as suas observações, encontraram um misterioso ruído de fundo no espectro de microondas, aparentemente emanando de todas as direções do céu. Eles examinaram minuciosamente seus equipamentos e até limparam excrementos de pombos da antena-corneta para eliminar possíveis fontes de interferência, mas o ruído persistiu. Ambos concluíram que o ruído se originou fora da nossa galáxia, embora permanecessem sem conhecimento de quaisquer fontes de rádio conhecidas que pudessem explicá-lo.

Quando um amigo e professor de física do MIT contou a Arno sobre um artigo que ele tinha visto de Jim Peebles sobre a possibilidade de encontrar radiação remanescente do Big Bang que encheu o universo no início de sua existência, Arno e Robert começaram a perceber o significado do que haviam descoberto.

Arno entrou em contato com Dicke e o convidou para ir ao laboratório Bell para olhar a antena-corneta e ouvir o ruído de fundo. Dicke concluiu que as características da radiação detectada por Arno e Robert se ajustavam exatamente à radiação prevista por ele e seus colegas da Universidade de Princeton.

Dois pequenos artigos apareceram no Astrophysical Journal Letters em julho de 1965 anunciando as descobertas, primeiro o tratamento teórico de Dicke e depois as descobertas observacionais de Arno e Robert, cada artigo reconhecendo o outro. Em 1978, Arno e Robert receberam o Prêmio Nobel de Física, e a antena de Holmdel foi designada como Marco Histórico Nacional.

A Antena de Holmdel Horn está extinta e fica em um local de 43 acres anteriormente propriedade do laboratório Bell, entre algumas estruturas abandonadas construídas para pesquisas em comunicações. Em 2021, o terreno foi vendido para uma construtora local, que manifestou desejo de construir residências de alto padrão no imóvel. Acreditava-se que a antena-corneta possa ser realocada para outro local. Em resposta, a cidade concordou em comprar parte da propriedade onde fica a antena, deixando o restante para os proprietários desenvolverem. A cidade quer transformar esse pedaço de colina de 35 acres em um parque, com a antena histórica e um centro de visitantes.