Astrofísica multimensageira

A astrofísica evoluiu a tal ponto de podermos contar com um excelente kit de ferramentas para estudar o funcionamento do cosmos. Veja os conceitos e eventos com os quais os cientistas têm lidado para entender as mensagens do universo.

A ciência é uma ferramenta muito eficiente quanto ao objetivo de aumentar o nosso conhecimento sobre a realidade. Mas, contraditoriamente, quanto mais sabemos, mais reconhecemos a vastidão da nossa ignorância.

“A astronomia é uma experiência que traz humildade” Pálido Ponto Azul, de Carl Sagan.

Em 1609, Galileu apontou seu telescópio para o alto e um novo céu se revelou através de suas lentes. O método científico começou, assim, uma jornada de ampliação do horizonte de nosso entendimento à medida que melhoramos as nossas tecnologias.

Até meados do século XX, toda informação produzida pela astronomia provinha de uma estreita faixa do espectro eletromagnético. Denominamos essa faixa como “visível”, isto é, a luz que os nossos olhos podem ver. Quando estudamos a amplitude total desse espectro, porém, percebemos que ainda existe muito além do vermelho ou do violeta.

Com a evolução dos telescópios, nos tornamos capazes de “enxergar” além do visível, desde os fenômenos menos energéticos — detectados nas ondas de rádio, nas micro-ondas, infravermelho, ultravioleta, raios x —, até os eventos mais energéticos do universo — representados principalmente pelos raios gama.

Além disso, estava em desenvolvimento desde o século XIX uma ferramenta que contribuiu diretamente para a ascensão da ciência astrofísica: a espectroscopia. Ela foi — e ainda é — fundamental para analisar como a matéria interage em relação à absorção ou emissão de luz.

Linhas visíveis no espectro de emissão de hidrogênio.

Linhas visíveis no espectro de emissão de ferro.

É incrível a quantidade de conhecimento que tivemos a possibilidade de construir com todas essas informações disponíveis. Mas, muito ainda nos esperava.

Uma nova fase para a astrofísica

Como se a radiação eletromagnética não fosse suficiente, em setembro de 2015, tivemos uma feliz surpresa. A detecção de ondas gravitacionais provenientes da colisão de buracos negros nos deu um novo meio de estudar o universo.

Até que em outubro de 2017, uma nova janela se abriu, com uma detecção de ondas gravitacionais com contrapartida óptica. [1] Um evento tão raro como esse produz informações de todo o tipo, desde ondas gravitacionais até observações no espectro eletromagnético.

Por esse motivo o estudamos com uma combinação de 70 telescópios ao redor da Terra e no espaço. Surgia, então, a chamada astrofísica multimensageira!

Além das ondas gravitacionais e da radiação eletromagnética

No dia 12 de julho de 2018, a publicação da descoberta de um novo evento alegrou a comunidade científica. O anúncio da primeira detecção da fonte de um neutrino de alta energia! Apesar de a publicação ter ocorrido apenas em julho de 2018, o evento que a originou ocorreu em 22 de setembro de 2017 [2].

Em suma, os neutrinos são partículas não carregadas que não são afetadas nem pelos campos magnéticos mais intensos. Por isso, elas são chamadas de partículas fantasma. Por não terem massa, os neutrinos não interagem com quase nada, de forma que muito da informação de sua origem é preservada na sua viagem até os detectores na Terra [3].

Sempre houve uma ideia, por parte hipóteses científicas, de onde esses neutrinos eram gerados. Muitos deles já vinham sendo detectados na Terra, porém essa detecção marca a primeira descoberta da origem dessa partícula, que agora pode ser estudada de outras formas.

Os neutrinos, como ficou evidenciado, são gerados em eventos muito energéticos, como os jatos relativísticos [4]. Esses fenômenos são formados pelo disco de acreção (uma estrutura com aspecto de disco que contém material orbitando um corpo astronômico massivo) de objetos como os AGN’s. Essa sigla equivale a Active Galactic Nucleus, ou núcleo ativo de galáxia, o que inclui os quasares, blazares, rádiogaláxias e galáxias cefeidas [5].

Os neutrinos no centro das atenções

A origem do neutrino detectado foi um blazar localizado na constelação de Orion, denominado TXS 0506+056. Trata-se de uma galáxia elíptica que possui em seu centro um buraco negro supermassivo em alta rotação, que se alimenta da matéria que constitui o seu meio. Esse movimento cria um disco de acresção no qual partículas alçadas por sua força gravitacional são aceleradas a velocidades relativísticas.

Em setembro de 2017, o telescópio espacial FERMI, que acompanha cerca de 2000 desses objetos, detectou uma emissão de raios gama provenientes do TXS 0506+056 [6]. Com essa detecção, o FERMI lançou um aviso a outros observatórios para que eles pudessem investigar o evento. Assim, o Observatório de Neutrinos IceCube, cruzando informações de suas detecções com as enviadas pelo FERMI, pode chegar à origem do neutrino!

A energia dessa partícula detectada no IceCube alcançou 300 TeV, ou seja, uma quantidade cerca de 45 vezes maior que a produzida no maior acelerador de partículas presente na Terra.

Com isso temos mais uma fonte de dados para estudar o universo e correlacionar as informações para um estudo cada vez mais preciso. A astrofísica multimensageira já conta, portanto, com o auxílio de neutrinos, radiação eletromagnética e ondas gravitacionais para compreender o cosmos. E a pergunta que fica é: o que ainda nos aguarda?

Referências:
[1] Ondas gravitacionais — As perturbações do espaço-tempo (Blog da Ciência)
[2] IceCube neutrinos point to long-sought cosmic ray accelerator (IceCube)
[3] Grupo de Estudo de Física e Astrofísica de Neutrinos (GEFAN-UNICAMP)
[4] Estudos da estrutura e evolução de jatos em Núcleos Ativos de Galáxias usando técnicas de Interferometria de Longa Linha de Base, Juliana Cristina Motter (USP)
[5] AGN – Active Galactic Nucleus (IAG-USP)
[6] NASA’s Fermi Traces Source of Cosmic Neutrino to Monster Black Hole (NASA)

Artigos:
Neutrino emission from the direction of the blazar TXS 0506+056 prior to the IceCube-170922A (IceCube)
Multimessenger observations of a flaring blazar coincident with high-energy neutrino IceCube-170922A (IceCube)

Outras referências:
Space Today – Pela Primeira Vez Neutrino de Alta Energia Tem Sua Fonte Descoberta
Imagem de capa: adaptada de IceCube Collaboration
Imagem “Espectro visível pelo olho humano (luz)”: Suarez ruibal (Licença: CC BY-SA 3.0)

Nicolas Sampaio

Bacharel em Ciências Contábeis atualmente cursando Astronomia Amadora junto ao CASP no IAG/USP. Um entusiasta da ciência e da tecnologia que decidiu se aventurar como redator no blog Fundação Científica, portal Deviante e junto ao ilustre Blog da Ciência! Acredita que a boa ciência, auxiliada da boa filosofia, é capaz de iluminar a escuridão.