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A busca por um grande mistério: Raios Gama e Matéria Escura

Esta é a missão do Glast, o novo telescópio que a NASA lançou dia 11 deste mês para o espaço.


Lançado por um foguetão Delta II, de Cabo Canaveral, Estados Unidos, o Glast orbitará a Terra a cerca de 550 quilómetros de altitude, completando uma volta ao planeta a cada 95 minutos. Será o primeiro telescópio espacial de raios gama capaz de observar o céu inteiro todos os dias, com uma sensibilidade sem precedentes.

O Spitzer, lançado pela agência espacial norte-americana em 2003, observa a radiação infravermelha. O Chandra, também da NASA, e o XMM-Newton, da ESA, estão no espaço desde 1999 a ver os raios X. Lançado em 1990, o Hubble, capaz de observar do infravermelho ao ultravioleta, passando pela luz visível, é o mais mediático. Mostrou-nos imagens do Universo como nunca tínhamos visto.


O Glast mostrará outra faceta do cosmos. "Se os nossos olhos pudessem ver os raios gama, veríamos um céu nocturno completamente diferente", diz Steve Ritz, do projecto Glast, citado no site Space.com. "Os raios gama são emitidos pelos ambientes mais extremos, nos quais os campos gravitacionais, eléctricos e magnéticos são tão altos que não existe nada igual na Terra para estudar directamente."


A primeira observação de erupção de raios-gama (gamma-ray burst – GRB) ocorreu a 2 de Julho de 1967. Os satélites militares detectaram explosões diferentes das provocadas pelo homem.

Antes de 1997 toda a informação referente às GRB provinha do Batse (Burst and Transient Source Experiment), a bordo do Observatório Compton de Raios Gama. O Batse mostrou que, a cada dia, em média, ocorrem cerca de três GRB no Universo observável.

O satélite de raios X ítalo-holandês BeppoSAX (1996) foi o primeiro a detectar os “brilhos secundários” de raios X que surgem de uma GRB quando o sinal de raios gama desaparece. O “brilho secundário” persiste durante dois meses, diminuindo com o tempo e passando de raios X para radiações mais fracas como a luz visível e as ondas de rádio.

Quando a GRB970508 foi descoberta piscou nos comprimentos de onda rário parando de seguida. A sua fonte deve ter aumentado de um ponto para um disco com um diâmetro de algumas semanas-luz. O espectro dos brilhos secundários é característico de electrões a moverem-se num campo magnético à velocidade da luz ou próximo dela.

A erupção da GRB990123 (1999) teve uma luminosidade de algumas vezes 1045Watts (1019 vezes mais brilhante que o Sol). Uma explosão de uma supernova liberta quase essa quantidade de energia, mas a maioria acaba por escapar sob a forma de neutrinos.

Dois dias depois da erupção, a taxa de diminuição da luz aumentou repentinamente, o que ocorreria se a radiação fosse proveniente de um jacto estreito de material, movendo-se próximo da velocidade da luz.

Variações rápidas no brilho sugerem que a emissão tem origem numa pequena área (1019 sóis), equivalente a um sol. Isto significa que os fotões estão muito próximos para poderem interagir e impedir que a maioria escape. Mas, se os raios gama não podem escapar, como é que os vemos? A libertação inicial de energia é armazenada sob a forma de energia cinética de uma camada de partículas, entre elas estão fotões, electrões, positrões, etc. Enquanto a bola de fogo aumenta de diâmetro, a densidade de fotões diminui e, é nesse momento que a radiação gama pode escapar, dando origem à GRB.

Uma família de modelos, conhecida como hipernovas ou colapsares, envolve estrelas surgidas com massas entre as 20 e 30 massas solares. As simulações mostram que o núcleo, quando as duas colapsam, forma um buraco negro cercado por um disco de material descartado.

Outra família, uma dupla de estrelas de neutrões, ou uma estrela de neutrões e um buraco negro. O resultado será identico: um buraco negro cercado por um disco de resíduos.


Neste momento sabemos quais são algumas das fontes destas explosões: Os buracos negros supermaciços que se encontram no centro das galáxias, com milhares de milhões de vezes a massa do Sol (a nossa Via Láctea tem um destes monstros no coração), são uma das fontes de raios gama. À medida que devoram as estrelas das redondezas, atraídas por um campo gravitacional imenso, estes buracos negros cospem jactos de gases quentes quase à velocidade da luz, que emitem raios gama.

Mais modestos, os buracos negros que resultam da morte de estrelas com pelo menos três vezes a massa do Sol são outra fonte desta forma de radiação altamente energética. Desconfia-se que a morte destas estrelas origina incríveis explosões de raios gama, consideradas o fenómeno mais energético do Universo, a seguir ao seu próprio nascimento, no Big Bang. Como é que uma estrela origina uma explosão tão potente é algo que desafia a compreensão dos cientistas.


"Não compreendemos realmente a física envolvida. É muito complicada, uma vez que se liberta imensa energia num curto período. Em alguns segundos, [os buracos negros estelares] podem libertar a mesma energia do Sol nos seus dez mil milhões de anos de vida", diz Charles Meegan, também do projecto Glast. "Seremos capazes de estudar aspectos das explosões de raios gama que não conseguíamos analisar até agora."


Sem a interferência da atmosfera, espera-se que o Glast um dos grandes mistérios actuais - o da matéria escura, que deve constituir grande parte do Universo, mas cuja presença apenas inferimos pelos efeitos que causa na matéria visível. A hipótese é a de que talvez a matéria escura origine raios gama, em certas circunstâncias.

Fontes:

Scientific American Brasil, Edição Especial "A vida secreta das estrelas"

Público, última hora: "Novo telescópio espacial vai em busca da radiação mais poderosa do Universo"

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18/06/2008

A busca por um grande mistério: Raios Gama e Matéria Escura

Esta é a missão do Glast, o novo telescópio que a NASA lançou dia 11 deste mês para o espaço.


Lançado por um foguetão Delta II, de Cabo Canaveral, Estados Unidos, o Glast orbitará a Terra a cerca de 550 quilómetros de altitude, completando uma volta ao planeta a cada 95 minutos. Será o primeiro telescópio espacial de raios gama capaz de observar o céu inteiro todos os dias, com uma sensibilidade sem precedentes.

O Spitzer, lançado pela agência espacial norte-americana em 2003, observa a radiação infravermelha. O Chandra, também da NASA, e o XMM-Newton, da ESA, estão no espaço desde 1999 a ver os raios X. Lançado em 1990, o Hubble, capaz de observar do infravermelho ao ultravioleta, passando pela luz visível, é o mais mediático. Mostrou-nos imagens do Universo como nunca tínhamos visto.


O Glast mostrará outra faceta do cosmos. "Se os nossos olhos pudessem ver os raios gama, veríamos um céu nocturno completamente diferente", diz Steve Ritz, do projecto Glast, citado no site Space.com. "Os raios gama são emitidos pelos ambientes mais extremos, nos quais os campos gravitacionais, eléctricos e magnéticos são tão altos que não existe nada igual na Terra para estudar directamente."


A primeira observação de erupção de raios-gama (gamma-ray burst – GRB) ocorreu a 2 de Julho de 1967. Os satélites militares detectaram explosões diferentes das provocadas pelo homem.

Antes de 1997 toda a informação referente às GRB provinha do Batse (Burst and Transient Source Experiment), a bordo do Observatório Compton de Raios Gama. O Batse mostrou que, a cada dia, em média, ocorrem cerca de três GRB no Universo observável.

O satélite de raios X ítalo-holandês BeppoSAX (1996) foi o primeiro a detectar os “brilhos secundários” de raios X que surgem de uma GRB quando o sinal de raios gama desaparece. O “brilho secundário” persiste durante dois meses, diminuindo com o tempo e passando de raios X para radiações mais fracas como a luz visível e as ondas de rádio.

Quando a GRB970508 foi descoberta piscou nos comprimentos de onda rário parando de seguida. A sua fonte deve ter aumentado de um ponto para um disco com um diâmetro de algumas semanas-luz. O espectro dos brilhos secundários é característico de electrões a moverem-se num campo magnético à velocidade da luz ou próximo dela.

A erupção da GRB990123 (1999) teve uma luminosidade de algumas vezes 1045Watts (1019 vezes mais brilhante que o Sol). Uma explosão de uma supernova liberta quase essa quantidade de energia, mas a maioria acaba por escapar sob a forma de neutrinos.

Dois dias depois da erupção, a taxa de diminuição da luz aumentou repentinamente, o que ocorreria se a radiação fosse proveniente de um jacto estreito de material, movendo-se próximo da velocidade da luz.

Variações rápidas no brilho sugerem que a emissão tem origem numa pequena área (1019 sóis), equivalente a um sol. Isto significa que os fotões estão muito próximos para poderem interagir e impedir que a maioria escape. Mas, se os raios gama não podem escapar, como é que os vemos? A libertação inicial de energia é armazenada sob a forma de energia cinética de uma camada de partículas, entre elas estão fotões, electrões, positrões, etc. Enquanto a bola de fogo aumenta de diâmetro, a densidade de fotões diminui e, é nesse momento que a radiação gama pode escapar, dando origem à GRB.

Uma família de modelos, conhecida como hipernovas ou colapsares, envolve estrelas surgidas com massas entre as 20 e 30 massas solares. As simulações mostram que o núcleo, quando as duas colapsam, forma um buraco negro cercado por um disco de material descartado.

Outra família, uma dupla de estrelas de neutrões, ou uma estrela de neutrões e um buraco negro. O resultado será identico: um buraco negro cercado por um disco de resíduos.


Neste momento sabemos quais são algumas das fontes destas explosões: Os buracos negros supermaciços que se encontram no centro das galáxias, com milhares de milhões de vezes a massa do Sol (a nossa Via Láctea tem um destes monstros no coração), são uma das fontes de raios gama. À medida que devoram as estrelas das redondezas, atraídas por um campo gravitacional imenso, estes buracos negros cospem jactos de gases quentes quase à velocidade da luz, que emitem raios gama.

Mais modestos, os buracos negros que resultam da morte de estrelas com pelo menos três vezes a massa do Sol são outra fonte desta forma de radiação altamente energética. Desconfia-se que a morte destas estrelas origina incríveis explosões de raios gama, consideradas o fenómeno mais energético do Universo, a seguir ao seu próprio nascimento, no Big Bang. Como é que uma estrela origina uma explosão tão potente é algo que desafia a compreensão dos cientistas.


"Não compreendemos realmente a física envolvida. É muito complicada, uma vez que se liberta imensa energia num curto período. Em alguns segundos, [os buracos negros estelares] podem libertar a mesma energia do Sol nos seus dez mil milhões de anos de vida", diz Charles Meegan, também do projecto Glast. "Seremos capazes de estudar aspectos das explosões de raios gama que não conseguíamos analisar até agora."


Sem a interferência da atmosfera, espera-se que o Glast um dos grandes mistérios actuais - o da matéria escura, que deve constituir grande parte do Universo, mas cuja presença apenas inferimos pelos efeitos que causa na matéria visível. A hipótese é a de que talvez a matéria escura origine raios gama, em certas circunstâncias.

Fontes:

Scientific American Brasil, Edição Especial "A vida secreta das estrelas"

Público, última hora: "Novo telescópio espacial vai em busca da radiação mais poderosa do Universo"

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