Cosmologia a partir de sinergias entre pesquisas SKAO e observações de ondas gravitacionais

As pesquisas de rádio e as observações de ondas gravitacionais representam ferramentas poderosas para a cosmologia moderna, com a capacidade de sondar volumes cósmicos sem precedentes. Ambas as abordagens oferecem sistemáticas independentes das sondas cosmológicas existentes, o que as torna particularmente valiosas para a validação cruzada de resultados e para a superação de limitações inerentes a métodos individuais. Essa independência sistemática é crucial para mitigar incertezas e para fornecer uma compreensão mais robusta da estrutura e evolução do Universo em larga escala. A sinergia entre essas duas frentes de pesquisa promete avanços significativos na resolução de algumas das questões mais desafiadoras da cosmologia contemporânea, abrindo novas janelas para o estudo do cosmos.

A combinação estratégica de levantamentos de rádio e observações de ondas gravitacionais possui um potencial singular para abordar questões cosmológicas pendentes. Especificamente, demonstramos como o emprego de observações de rádio, atuando como sinais eletromagnéticos que rastreiam estruturas de grande escala no Universo, pode ser utilizado para fornecer informações cruciais sobre as *sirenes padrão* de ondas gravitacionais. As *sirenes padrão* são eventos de ondas gravitacionais cuja distância de luminosidade pode ser determinada de forma independente, mas que necessitam de uma contraparte eletromagnética para identificar seu desvio para o vermelho e, assim, sua localização cosmológica. A capacidade de associar esses eventos a rastreadores de rádio de grande escala é fundamental para sua aplicação cosmológica.

Ao estabelecer uma metodologia para vincular a distância de luminosidade, obtida a partir de eventos de ondas gravitacionais, ao desvio para o vermelho, determinado por meio de observações de rádio, esta combinação oferece um caminho robusto para restringir a história de expansão do Universo. Essa abordagem permite uma determinação mais precisa da constante de Hubble ($H_0$), um parâmetro fundamental que descreve a taxa atual de expansão cósmica. A precisão na medição de $H_0$ é vital para resolver a tensão atual entre as medições locais e as inferências cosmológicas globais, um dos maiores desafios da cosmologia moderna. A capacidade de obter desvios para o vermelho de forma independente e em grandes volumes cósmicos é um diferencial significativo desta metodologia.

Neste contexto, descrevemos a utilidade de diversos tipos de levantamentos de rádio, incluindo os mapas de intensidade de hidrogênio neutro (HI) do SKA-Mid, os levantamentos de desvio para o vermelho de galáxias HI e os levantamentos contínuos de galáxias. Esses dados são avaliados tanto individualmente quanto em conjunto com grandes levantamentos ópticos contemporâneos. Os mapas de intensidade de HI, por exemplo, oferecem uma visão tridimensional da distribuição de matéria em larga escala, mesmo em regiões onde a detecção de galáxias individuais é desafiadora. Os levantamentos de desvio para o vermelho de galáxias HI, por sua vez, fornecem informações precisas sobre a distância e o movimento das galáxias, enquanto os levantamentos contínuos mapeiam a distribuição de fontes de rádio em uma ampla gama de desvios para o vermelho.

Esses rastreadores de rádio fornecem informações únicas, caracterizadas por seu grande volume e pela capacidade de alcançar altos desvios para o vermelho, o que é essencial para a identificação e caracterização de fontes de ondas gravitacionais distantes. A profundidade e a abrangência desses levantamentos permitem sondar efetivamente a história de expansão do Universo, $H(z)$, em diferentes épocas cósmicas. A complementaridade com levantamentos ópticos é crucial, pois enquanto os levantamentos ópticos são eficazes para galáxias mais próximas e brilhantes, os levantamentos de rádio podem penetrar em regiões de maior desvio para o vermelho e em ambientes com poeira, revelando populações de galáxias e estruturas que seriam inacessíveis por outros meios. Essa abordagem multifrequência e multissonda é a chave para uma cosmologia de precisão.

A integração dessas diferentes fontes de dados e metodologias representa um avanço significativo na cosmologia observacional. Ao combinar a sensibilidade e o alcance dos telescópios de rádio com a capacidade única das ondas gravitacionais de medir distâncias cosmológicas de forma independente, abrimos um novo caminho para testar modelos cosmológicos, investigar a natureza da energia escura e da matéria escura, e refinar nossa compreensão dos primeiros momentos do Universo. A colaboração entre as comunidades de rádio astronomia e de ondas gravitacionais é, portanto, não apenas promissora, mas essencial para desvendar os mistérios mais profundos do cosmos.