Há mais na luz do que se aparenta, e ela nos ensina muito sobre o universo

Diferentes comprimentos de onda do espectro eletromagnético revelam diferentes aspectos do universo. Crédito da imagem: Space Telescope Science Institute

Partes do espectro eletromagnético invisíveis aos olhos humanos revelam uma vasta quantidade de informações sobre o universo, mas levou muito tempo para os astrônomos aprenderem a vê-la.

Por milhares de anos, os humanos olharam para o céu noturno repleto de estrelas usando apenas seus olhos sensíveis ao comprimento de onda óptico do espectro eletromagnético. Os primeiros telescópios, inventados no início do século 17, aumentaram a capacidade dos olhos humanos ao ampliar objetos distantes. 

Mas como os físicos começaram a descobrir no século 19 que existem outros tipos invisíveis de luz no mundo natural ao nosso redor, os astrônomos perceberam que deveria haver tal luz emanando também do universo.

Hoje, os astrônomos sabem que a maior parte da radiação, ou luz, presente no universo é invisível aos olhos humanos. Ao olhar para o universo em todos os comprimentos de onda possíveis, os cientistas estão reunindo uma imagem complexa do ambiente cósmico insondavelmente vasto do qual fazemos parte. No entanto, demorou décadas para que fossem desenvolvidos instrumentos capazes de detectar essa radiação invisível de fontes celestes. 

Aqui explicamos o que diferentes partes do espectro eletromagnético nos ensinam sobre o universo.

Crédito da imagem: NASA

O QUE AS ONDAS DE RÁDIO NOS ENSINAM SOBRE O UNIVERSO?

A radioastronomia estuda a radiação cósmica com os comprimentos de onda mais longos (de menos de 0,4 polegadas a vários quilômetros, ou 1 centímetro a vários quilômetros) e foi o primeiro tipo de astronomia desenvolvida que se baseia em comprimentos de onda diferentes da luz óptica. 

A descoberta de que ondas de rádio de corpos no universo atingem nosso planeta, foi feita completamente por acidente. Em 1933, um jovem engenheiro de rádio americano Karl Jansky, funcionário da famosa companhia telefônica Bell Laboratories, foi encarregado de procurar fontes de chiado inexplicável que às vezes interferiam nas transmissões de mensagens de rádio no Oceano Atlântico. Jansky descobriu que, enquanto parte desse ruído vinha de fontes na Terra, como tempestades próximas, havia um tipo de sinal, constantemente captado por suas antenas experimentais, que parecia vir do que sabemos hoje ser o centro da nossa galáxia a Via Láctea, a região onde reside o buraco negro Sagitário A*. A exploração sistemática do universo do rádio começou logo depois.

Os astrônomos descobriram desde então que as ondas de rádio são emitidas por elétrons em rotação e emanam de todos os tipos de ambientes que têm a capacidade de fazer esses elétrons girarem, disse Affelia Wibisono, astrônoma do Royal Observatory Greenwich no Reino Unido. 

“Normalmente, quando você detecta ondas de rádio, você está olhando para elétrons se movendo através de um campo magnético”, disse Wibisono. "Mas o gás ionizado também pode emitir ondas de rádio".

Ao traçar a estrutura das nuvens emissoras de ondas de rádio, os astrônomos conseguiram mapear toda a estrutura da nossa galáxia, a Via Láctea, bem como outras galáxias próximas . Elas podem determinar áreas com altas concentrações de estrelas quentes jovens, mas também estudar objetos obscurecidos pela poeira, como buracos negros que se escondem nos centros galácticos. Corpos altamente magnetizados, como restos estelares de rotação rápida chamados pulsares, são os principais alvos da radioastronomia, pois enviam poderosos flashes de ondas de rádio enquanto giram como faróis cósmicos super-rápidos.

O sítio da Square Kilometer Array na Austrália contará com 130.000 antenas dipolo semelhantes a árvores de Natal para ouvir as ondas de rádio emitidas por objetos no universo mais distante. Crédito da imagem: SKAO

Radiotelescópios famosos 

Como as ondas de rádio são um tipo de radiação eletromagnética com os comprimentos de onda mais longos, os radiotelescópios devem ser bastante grandes. Vastos conjuntos de antenas de rádio, como o Karl G. Jansky Very Large Array no Novo México, que consiste em 28 antenas de 25 metros de largura cada, são o padrão tecnológico hoje. Ao combinar várias antenas, os astrônomos criam telescópios com imensas aberturas que igualam a distância entre as partes mais distantes do arranjo, permitindo assim ao cientista detectar os sinais mais fracos com a melhor resolução possível.

O Square Kilometer Array (SKA), atualmente construído em dois locais na Austrália e na África do Sul, será o maior radiotelescópio do mundo por uma margem significativa quando estiver online por volta de 2028. Com seus milhares de pratos e antenas dipolo abrangendo milhares de quilômetros quadrados de terras remotas, o SKA irá pesquisar grandes áreas do céu de uma só vez e detectar os sinais mais fracos vindos dos confins do universo. 

O Event Horizon Telescope, famoso por tirar fotografias de buracos negros, também é um radiotelescópio, ou melhor, uma rede mundial de radiotelescópios com uma abertura igual ao tamanho do nosso planeta. 

Ao contrário de alguns outros tipos de comprimentos de onda, as ondas de rádio penetram na atmosfera da Terra com facilidade, permitindo que os astrônomos baseiem seus equipamentos na superfície do planeta. 

No entanto, devido à onipresença das tecnologias de comunicação de rádio no mundo moderno, os radiotelescópios correm o risco de serem confundidos por sinais produzidos pelo homem. O SKA, por exemplo, será, portanto, cercado por uma zona silenciosa de rádio, onde nenhum telefone celular e nenhum equipamento de rádio serão permitidos. 

Constantemente em busca de melhores maneiras de estudar o universo, os astrônomos estão pensando seriamente em construir um radiotelescópio no outro lado da lua. Afastado de fontes ruído de rádio baseadas na Terra de feito pelo homem, bem como da ionosfera da Terra (a parte superior da atmosfera que contém gás ionizado que absorve e distorce alguns sinais de rádio cósmicos), tal observatório forneceria aos cientistas as informações mais profundas e visões mais imperturbáveis da época mais antiga do universo.

O QUE AS MICRO-ONDAS NOS ENSINAM SOBRE O UNIVERSO?

A próxima banda do espectro eletromagnético depois das ondas de rádio são as micro-ondas. Como as micro-ondas cobrem comprimentos de onda entre 3,3 pés e 0,04 polegadas (1 metro e 1 milímetro), as primeiras descobertas de micro-ondas cósmicas foram feitas por radiotelescópios. 

As micro-ondas têm um lugar especial, embora bastante limitado, na astronomia. Segundo a Agência Espacial Europeia (ESA), todo o céu brilha uniformemente em micro-ondas com o que foi identificado como radiação cósmica de fundo. 

Essa uniformidade não é vista em outros comprimentos de onda, que revelam o céu em pontos e regiões de brilho variável. Na verdade, a radiação cósmica de micro-ondas é tão estranha que os pesquisadores que a descobriram pela primeira vez na década de 1960 (completamente por acidente durante experimentos com balões de eco) originalmente pensaram que era produzida por um defeito do telescópio. 

Pesquisas subsequentes, no entanto, confirmaram que o zumbido de micro-ondas vinha do espaço e que era nada menos que o resíduo da radiação liberada pelo Big Bang, a enorme explosão que criou o universo há cerca de 13,8 bilhões de anos. 

Essa radiação foi originalmente liberada na forma de raios X altamente energéticos e de comprimento de onda curto, mas como demorou tanto para chegar até nós, o chamado efeito redshift causado pela expansão do universo estendeu esse comprimento de onda até as micro-ondas.  

As micro-ondas revelam o universo como ele era em seus estágios iniciais. Os levantamentos mais sensíveis conseguiram até distinguir as regiões mais densas de gás e poeira que posteriormente produziram as primeiras galáxias.

O mapa mais detalhado do Fundo Cósmico de Micro-ondas criado pelo telescópio europeu Planck. Crédito da imagem: Agência Espacial Europeia

Telescópios de micro-ondas famosos

As micro-ondas são absorvidas principalmente pela atmosfera da Terra, o que significa que são mais bem estudadas por telescópios espaciais.

Em 1989, após as primeiras detecções de micro-ondas cósmicas baseadas na Terra, a NASA enviou o primeiro satélite de observação de micro-ondas dedicado, o Cosmic Background Explorer (COBE), ao espaço. O COBE mediu diferenças na temperatura do fundo de micro-ondas em várias regiões. O sucessor do COBE, o Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP), lançado em 2003, melhorou ainda mais o nível de detalhe deste mapa cósmico de micro-ondas. Essas observações ajudaram a determinar a idade do universo com maior precisão, de acordo com a Agência Espacial Europeia (ESA), e definem as quantidades de diferentes tipos de matéria que o universo continha em seus primeiros anos. 

A missão Planck da ESA, lançada em 2009, completou a tarefa de criar o mapa mais preciso da radiação cósmica de fundo, que, segundo a ESA, é até certo ponto "definitivo", já que algumas das medições não podem ser melhoradas.

As ondas submilimétricas têm um papel limitado, mas fascinante na astronomia. Por exemplo, elas revelam as fontes de luz laser natural. Crédito da imagem: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), M. Weiss (NRAO/AUI/NSF)

O QUE AS ONDAS SUBMILIMÉTRICAS NOS ENSINAM SOBRE O UNIVERSO?

O comprimento de onda submilimétrico fica entre as faixas milimétrica e infravermelha. Como o nome sugere, as ondas submilimétricas têm comprimentos menores que 1 mm, ou 0,04 polegadas, e até algumas centenas de micrómetros. As observações nesta faixa se sobrepõem parcialmente com os comprimentos de onda mais longos do espectro infravermelho.

O uso de comprimentos de onda submilimétricas na astronomia é relativamente recente, de acordo com o Astronomy Cast. Os detectores usados para detectar radiação submilimétrica são bastante semelhantes aos usados na radioastronomia, mas milhares de vezes menores. A tecnologia, portanto, teve que progredir o suficiente para tornar esses detectores possíveis.

Falando ao Astronomy Cast, um podcast de astronomia, a astrônoma americana Pamela Gay disse que o uso de ondas submilimétricas na astronomia é limitado a certos tipos de objetos e fenômenos. 

Ondas submilimétricas penetram através de nuvens de gás molecular e poeira em regiões de formação de estrelas, que são obscurecidas para as observações de telescópios ópticos.

Em ondas submilimétricas, os astrônomos podem observar os "lasers naturais" do universo, regiões onde elétrons altamente carregados emitem luz laser à medida que descarregam parte de sua energia, disse Gay. Esses lasers naturais, às vezes chamados de masers, são geralmente observados em um tipo especial de estrelas variáveis pulsantes chamadas de estrelas Mira.

As ondas submilimétricas também são boas para indicar aos astrônomos alguns tipos interessantes de moléculas orgânicas e fazem um bom trabalho analisando objetos frios, como cometas no sistema solar, disse Gay.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array observa o universo a partir do deserto do Atacama, no Chile. Crédito da imagem: ESO/José Francisco Salgado (josefrancisco.org), EHT Collaboration

Telescópios submilimétricos famosos

Como as ondas submilimétricas são absorvidas pela água na atmosfera da Terra, os observatórios que estudam as fontes de radiação submilimétrica no universo precisam ser construídos em locais altos e secos para evitar que o vapor d'água obscureça suas observações. Em essência, você encontrará telescópios submilimétricos nos mesmos lugares da Terra onde encontra os melhores telescópios ópticos.

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), operado pelo Observatório Europeu do Sul, está localizado no planalto de Chajnantor, no norte do Chile, a uma altitude de 5.000 m (16.400 pés). 

O Submillimeter Array em Maunakea, no Havaí, que é operado pelo Harvard Smithsonian Center for Astrophysics, fica um pouco mais baixo, a 4.100 m (13.450 pés) acima do nível do mar.

Os icônicos Pilares da Criação capturados pelo Telescópio Espacial Hubble óptico à esquerda e pelo Telescópio Espacial James Webb infravermelho à direita. Crédito da imagem: NASA, ESA, CSA, STScI; Joseph DePasquale (STScI), Anton M. Koekemoer (STScI), Alyssa Pagan (STScI)

O QUE A LUZ INFRAVERMELHA NOS ENSINA SOBRE O UNIVERSO?

Ao contrário das ondas submilimétricas, a luz infravermelha abrange uma vasta gama do espectro eletromagnético de 0,04 polegadas (logo abaixo de 1 milímetro) no lado que faz fronteira com as micro-ondas até 0,75 micrómetros no lado que faz fronteira com a luz visível. 

O Telescópio Espacial James Webb (JWST), liderado pela NASA, lançado no dia de Natal de 2021, colocou a astronomia infravermelha no centro das atenções com sua capacidade de ver os confins do universo. 

A luz infravermelha, que é essencialmente calor, foi o primeiro comprimento de onda não visível descoberto, totalmente por acaso, pelo astrônomo britânico William Herschel em 1800 durante seus experimentos com o espectro de luz visível. Demorou, no entanto, muito tempo para que os detectores de infravermelho se tornassem sensíveis o suficiente para fornecer as observações deslumbrantes do cosmos pelas quais o JWST é agora conhecido. 

As primeiras observações brutas de objetos celestes no espectro infravermelho focaram na lua e no sol. Astrônomos na segunda metade do século 19 foram capazes de medir a temperatura da atmosfera do sol, bem como as várias zonas de temperatura na superfície da lua. Na virada do século, a tecnologia progrediu a ponto de ser possível detectar o calor dos planetas gigantes do sistema solar, Júpiter e Saturno, de acordo com Uma breve história da astronomia infravermelha.

A astronomia infravermelha, no entanto, não decolou totalmente até a segunda metade do século 20, quando detectores mais sofisticados foram desenvolvidos, permitindo aos astrônomos analisar fontes de calor em toda a Via Láctea.

O Telescópio Espacial James Webb tornou-se um ícone da astronomia infravermelha. Crédito da imagem: James Vaughan

Como o JWST demonstrou amplamente desde o lançamento de suas primeiras imagens em julho de 2022, a luz infravermelha é boa em muitas coisas.

Graças à sua capacidade de penetrar através da poeira e do gás, a luz infravermelha revela o que está acontecendo dentro da poeira espessa e das nuvens de gás onde as estrelas se formam. As estrelas que emergem no meio dessas nuvens ainda não estão quentes o suficiente para emitir luz visível, mas estão quentes o suficiente para serem detectadas por sensores infravermelhos.

Com uma tecnologia avançada como o JWST, os astrônomos podem observar a matéria que é apenas alguns graus mais quente que o zero absoluto, a temperatura de menos 459,67 graus Fahrenheit (menos 273,15 graus Celsius), onde o movimento dos átomos para.

Ao observar a Via Láctea na luz infravermelha, uma galáxia oculta de estrelas falhadas, chamadas anãs marrons, emerge. As anãs marrons são corpos grandes demais para serem chamados de planetas, mas não são massivos o suficiente para iniciar a fusão nuclear em seus núcleos. Corpos nos confins do sistema solar que recebem muito pouca iluminação solar também aparecem. Mesmo o meio interestelar, o gás frio e a poeira dispersos entre estrelas e galáxias, podem ser mapeados no espectro infravermelho.

O Webb foi construído com o objetivo de detectar a primeira luz que iluminou o universo algumas centenas de milhões de anos após o Big Bang. Embora essa luz tenha sido emitida na faixa de comprimento de onda óptico, a expansão acelerada do universo estendeu essa luz para a faixa do infravermelho graças ao efeito conhecido como desvio para o vermelho (redshift). Os telescópios ópticos, mesmo se fossem tão sensíveis quanto o Webb, não poderiam mais ver essa luz.

Mas o Telescópio Espacial James Webb vê apenas uma pequena fração do espectro infravermelho, a chamada luz infravermelha média e próxima, que abrange comprimentos de onda de 28,5 micrómetros a 0,6 micrómetros, onde começa o espectro visível.

O telescópio voador recentemente aposentado da NASA, SOFIA, era especialista no tipo de comprimento de onda mais longo da luz infravermelha, o chamado infravermelho distante, que atinge até 612 micrómetros e é o melhor para observar o meio interestelar frio.

O telescópio voador SOFIA mapeou a presença de água na lua. Crédito da imagem: Estúdio de Visualização Científica Goddard Space Flight Center da NASA/Ernie Wright

Telescópios infravermelhos famosos

Ambos, o Telescópio Espacial James Webb e o SOFIA, os atuais e recentemente aposentados (respectivamente) carros-chefe da astronomia infravermelha, tiveram seus predecessores. 

O Telescópio Espacial Spitzer da NASA pesquisou o universo no infravermelho médio e partes do espectro do infravermelho distante de 2003 a 2020. A espaçonave Herschel da ESA complementou este trabalho no espectro do infravermelho distante entre 2009 e 2013. 

Um telescópio aerotransportado anterior, o Kuiper Airborne Observatory, estudou o céu infravermelho de 1974 a 1995.

O icônico Telescópio Espacial Hubble observa o universo em luz óptica e ultravioleta. Crédito da imagem: NASA

O QUE A LUZ ÓPTICA NOS ENSINA SOBRE O UNIVERSO?

A astronomia óptica deu enormes saltos desde os primeiros telescópios do século XVII. Aprimorando as habilidades naturais do olho humano além da imaginação, os telescópios ópticos do século 21 ainda são a espinha dorsal da pesquisa em astronomia. 

Desde telescópios gigantes que ocupam topos de montanhas remotas e planaltos até super olhos em órbita, como o icônico Telescópio Espacial Hubble, observatórios ópticos revelam o universo com um nível cada vez maior de detalhes. Alguns, por outro lado, se concentram em escanear vastas áreas do céu de uma só vez para detectar fenômenos inesperados, como explosões de supernovas de estrelas moribundas ou asteroides se aproximando. 

Telescópios ópticos mostram o universo como ele pareceria aos olhos humanos. As cores nas imagens ópticas correspondem às cores que os olhos humanos veriam. As imagens de outros tipos de telescópios, como os que captam imagens do universo em luz infravermelha e ultravioleta, precisam ser processadas por astrônomos em solo, com cores atribuídas artificialmente a diferentes comprimentos de onda. 

Para serem visíveis nos comprimentos de onda ópticos, os objetos precisam emitir sua própria luz visível ou serem iluminados por outros objetos. Planetas, luas e asteroides em nosso sistema solar são visíveis apenas para telescópios ópticos (e para olhos humanos) por causa da proximidade do nosso sol. 

A luz óptica não consegue passar por obstáculos, como espessas nuvens de poeira, que escondem algumas das áreas mais interessantes do universo (como centros de galáxias onde buracos negros supermassivos devoram enormes quantidades de material ou nebulosas de formação estelar).

A luz óptica também é um pouco afetada pela atmosfera da Terra, embora não tanto quanto os comprimentos de onda infravermelho e submilimétrico. Enquanto a radiação infravermelha e submilimétrica é absorvida principalmente, os raios ópticos são um pouco dispersos pelas moléculas na atmosfera, o que significa que os objetos observados não parecem tão nítidos quanto seriam se a atmosfera não estivesse presente. Esse desfoque atmosférico limita a precisão das observações que os telescópios ópticos baseados na Terra podem alcançar, embora os modernos sistemas de óptica adaptativa instalados nos melhores telescópios do mundo possam, até certo ponto, compensar essa deficiência. 

Além de máquinas complexas e caras no espaço e em topos de montanhas remotas, a astronomia óptica é o método mais acessível de observação do céu para observadores amadores. Pequenos telescópios decentes podem ser comprados por algumas centenas de dólares.

Os comprimentos de onda visíveis revelam o universo como ele pareceria aos olhos humanos.(Crédito da imagem: NASA, ESA, C. Pallanca e F. Ferraro (Universits Di Bologna) e M. van Kerkwijk (University of Toronto); Processamento: G. Kober (NASA/Catholic University of America)

Telescópios ópticos famosos 

O Telescópio Espacial Hubble é o rei indiscutível da astronomia óptica e a fonte de muitas imagens que ganharam status de ícone. O telescópio, lançado em 1990, ainda está forte e ainda pode ter uma década ou mais de vida e uma astronomia fabulosa pela frente.

O Very Large Telescope (VLT) operado pelo Observatório Europeu do Sul (ESO) no Chile é um dos mais avançados telescópios ópticos baseados na Terra. O VLT consiste em quatro telescópios principais, cada um com um espelho de 8,2 metros de largura, e quatro telescópios auxiliares de 1,8 metros de largura. Os quatro telescópios principais podem detectar luz quatro bilhões de vezes mais fraca do que os olhos humanos podem ver. Os telescópios também podem trabalhar juntos como o chamado interferômetro, o que aumenta a resolução para um nível que seria alcançável com um único telescópio com um espelho de 130 metros de largura. 

O ESO está atualmente construindo a próxima geração do Extremely Large Telescope (ELT), também no Chile. Com um único espelho de 130 pés de largura (39,3 m), o ELT será o maior telescópio óptico do mundo. Uma vez concluído, o observatório será capaz de captar 100 milhões de vezes mais luz do que o olho humano e fornecer imagens 16 vezes mais nítidas do que o Telescópio Espacial Hubble, de acordo com o ESO. 

Os telescópios gêmeos Keck na ilha havaiana de Maunakea são equipados com espelhos de 10 m de largura (32,8 pés de largura) que forçaram as equipes técnicas que os projetaram e construíram no final dos anos 80 a desenvolver algumas soluções técnicas engenhosas. Como não era possível naquela época operar com precisão um único espelho sólido de tal tamanho, os engenheiros fizeram os espelhos Keck de 36 segmentos hexagonais que trabalham juntos como uma unidade com a ajuda de um sistema de óptica ativa. Este projeto de espelho segmentado é bastante semelhante ao usado para o espelho de 6,5 m de largura (21 pés) do Telescópio Espacial James Webb.

O Grande Telescópio Binocular no Arizona apresenta o maior espelho não segmentado do mundo, medindo 8,4 m (28 pés) de diâmetro. 

O Gran Telescopio Canarias, na ilha espanhola de La Palma, na costa da África Ocidental, é o maior telescópio óptico de abertura única do mundo, com um espelho de 10,4 m de largura.

O Very Large Telescope no Chile. Crédito da imagem: ESO/S.Guisard

O QUE A LUZ ULTRAVIOLETA NOS ENSINA SOBRE O UNIVERSO?

O grande Hubble também é o principal observador mundial da luz ultravioleta que emana de fontes no universo. A luz ultravioleta tem comprimentos de onda mais curtos e carrega energias mais altas do que a luz visível e aponta os astrônomos para processos quentes e energéticos, como os que ocorrem em estrelas jovens e em galáxias jovens em formação de estrelas. Estrelas massivas que orbitam umas às outras em sistemas binários também emitem luz ultravioleta, assim como poderosas auroras em planetas gasosos gigantes como Júpiter.

A luz ultravioleta é absorvida pela camada de ozônio na atmosfera da Terra, o que é bom para os organismos que vivem na Terra (já que esses comprimentos de onda são conhecidos por causar dano tecidual e câncer). Para a astronomia, no entanto, a capacidade limitada da luz ultravioleta de penetrar na atmosfera significa que os telescópios projetados para estudá-la precisam estar em orbita no espaço.

O Telescópio Espacial Hubble é a principal ferramenta da astronomia ultravioleta. Nesta imagem, captou um vislumbre de auroras ultravioleta em torno do pólo norte de Júpiter. Crédito da imagem: NASA / ESA / J. Nichols (Universidade de Leicester)

Telescópios ultravioleta famosos

Além do Telescópio Espacial Hubble, observatórios solares como o European Solar Orbiter ou o Solar Dynamics Observatory da NASA carregam geradores de imagens ultravioleta para observar processos altamente energéticos no sol. Juno, explorador de Júpiter da NASA, também carrega um instrumento para estudar a luz ultravioleta.

O sol emite luz ultravioleta. Crédito da imagem: NASA/SDO

O QUE OS RAIOS-X NOS ENSINAM SOBRE O UNIVERSO?

As coisas ficam ainda mais aquecidas e enérgicas com os raios-X. Descoberto acidentalmente pelo físico alemão Wilhelm Roentgen em 1895, esses raios penetrantes de matéria são gerados em grandes quantidades durante alguns dos processos mais extraordinários do universo, como quando buracos negros supermassivos ou estrelas de nêutrons extremamente massivas sugam matéria de seus arredores, ou durante explosões de supernovas de estrelas moribundas. 

Os raios-X vêm dos lugares mais quentes do universo, incluindo buracos negros e discos de acreção de estrelas de nêutrons, onde a matéria espirala em velocidades extremas. O plasma de alta temperatura que preenche o espaço entre as galáxias em aglomerados de galáxias também emite raios-X, assim como as estrelas, incluindo o nosso sol. 

Os astrônomos descobriram recentemente que os cometas podem emitir raios-X, disse Wibisono, e que Júpiter, além de sua aurora ultravioleta, também produz uma aurora que brilha em raios-X. 

"Os raios-X são uma parte realmente poderosa do espectro porque você obtém fluorescência nos raios-X", disse Wibisono. "As superfícies rochosas de luas e planetas emitem raios-X para fluorescência. As atmosferas ao redor dos planetas terrestres também fluorescem e irradiam raios-X, os gigantes gasosos espalham os raios-X solares, então eles agem como um espelho para os raios-X solares".

Fluorescência é a capacidade de uma superfície de absorver e posteriormente emitir luz que originalmente chegou de outra fonte. 

Infames por seu potencial de causar mutações no DNA que podem levar ao câncer, os raios X são, assim como os raios ultravioleta, felizmente filtrados pela atmosfera da Terra. A astronomia de raios-X, portanto, só poderia decolar quando os humanos fossem capazes de enviar objetos ao espaço. Os astrônomos já sabiam que o sol é uma poderosa fonte de raios-X, mas os primeiros instrumentos capazes de detectar outras fontes de raios-X cósmicos só foram lançados a bordo de foguetes de sondagem na década de 1960.

Um dos problemas com a detecção de raios-X cósmicos é sua capacidade de penetrar na matéria. Assim como eles penetram no tecido humano para revelar ossos quebrados, os raios X também passam por espelhos que os astrônomos podem querer usar para concentrá-los. 

Construir detectores de raios-X sensíveis, portanto, requer alguma engenhosidade de engenharia. Os cientistas precisam projetar espelhos para telescópios de raios-X de forma que os raios energéticos atinjam a superfície refletora em um ângulo raso "como uma pedra saltando na superfície de um lago", de acordo com a NASA. 

Os telescópios de raios-X requerem vários espelhos posicionados em ângulos gradualmente crescentes para desviar os raios-X para um detector. Tais aparelhos, no entanto, tendem a ser bastante volumosos e requerem grandes satélites para acomodá-los. O Chandra da NASA, por exemplo, com 13 m de comprimento, é o maior satélite lançado pelo ônibus espacial, cerca de 1 m a mais que o Hubble. 

A capacidade de penetração de matéria dos raios-X, no entanto, também tem suas vantagens, pois esses raios escapam facilmente de regiões envoltas em poeira, como centros galácticos onde os buracos negros consoem a matéria em queda.

Uma visão de raios-X de uma supernova em exploração capturada pelo telescópio espacial Chandra da NASA. Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXC/STScI/K.Long et al., Óptico: NASA/STScI

Telescópios de raios-X famosos

O observatório de raios-X Chandra da NASA é o principal telescópio de raios-X atual. No espaço desde 1999, o Chandra viaja ao redor da Terra em uma órbita elíptica que o leva até 133.000 km (83.000 milhas) de distância da superfície do planeta, onde nenhuma atmosfera residual obstrui as visualizações de raios-X. Durante suas mais de duas décadas em órbita, o Chandra registrou jatos de matéria disparados de buracos negros supermassivos em centros galácticos e até traçou a separação da matéria escura da matéria normal nas colisões de galáxias em aglomerados galácticos. 

A ESA também possui seu observador espacial de raios-X, o telescópio espacial XMM-Newton, também lançado em 1999.

Impressão artística do telescópio espacial de raios-X Chandra da NASA. Crédito da imagem: NASA

O QUE OS RAIOS GAMA NOS ENSINAM SOBRE O UNIVERSO?

Os raios gama são o tipo de radiação de maior energia presente no universo. Assim como os raios-X, eles vêm de processos extremamente quentes e energéticos no universo, como explosões de supernovas e acreção de buracos negros. Ainda mais capazes de penetrar na matéria do que os raios-X, os raios gama também são produzidos durante explosões nucleares na Terra e, em quantidades menores, em tempestades e durante o decaimento radioativo. Estrelas como o nosso sol também produzem flashes ocasionais de raios gama na forma de erupções solares.

Assim como muitos outros tipos de astronomia, a astronomia de raios gama surgiu por acidente. Na década de 1960, satélites militares americanos procuravam sinais de testes de armas nucleares pela URSS, quando detectaram flashes inexplicáveis de raios gama extremamente energéticos. Durando de frações de segundos a vários minutos, essas explosões de raios gama, como ficaram conhecidas, vinham regularmente de todas as partes do universo. 

Demorou até a década de 1990 para os astrônomos descobrirem que essas rajadas vêm de explosões extremamente poderosas que marcam o nascimento de novos buracos negros quando estrelas massivas morrem. Os tipos mais curtos de rajadas de raios gama são produzidos em colisões de remanescentes estelares superdensos chamados de estrelas de nêutrons.

Explosões de raios gama apontam os astrônomos para o fato de que um evento cataclísmico acaba de ocorrer em algum lugar do universo. Ao medir a intensidade da explosão, os astrônomos podem aprender algo sobre a intensidade e a distância do evento. No entanto, eles precisam procurar a origem do flash depois, usando outros tipos de telescópios. Quando eles conseguem localizar a região no céu de onde veio a explosão, eles podem observar a área em outras partes do espectro eletromagnético para obter mais informações sobre os processos envolvidos.

O rescaldo da explosão de raios gama mais brilhante já observada que iluminou o cosmos ao redor da Terra em outubro de 2022. Crédito da imagem: NASA/Swift/A. Beardmore (Universidade de Leicester)

Telescópios de raios gama famosos

Os telescópios espaciais Fermi e Swift da NASA, juntamente com o Integral da ESA, são os atuais burros de carga de detecção de rajadas de raios gama do mundo. No entanto, apenas o Swift, que cobre cerca de 9% do céu, tem a capacidade de localizar as fontes dessas explosões gigantes. 

Os astrônomos estão, portanto, procurando novas abordagens para a detecção de rajadas de raios gama. Em 2021, uma equipe de cientistas da Hungria e da Eslováquia lançou um minúsculo cubesat chamado GRB Alpha, que detecta com sucesso explosões de raios gama desde então. Em outubro de 2022, o GRB Alpha fez uma detecção precisa do pico de intensidade da explosão de raios gama mais brilhante já vista, enquanto o evento cegou completamente os detectores no Fermi da NASA. 

Os pesquisadores preveem que uma frota desses cubesats possibilitaria encontrar fontes de rajadas de raios gama em todo o céu por meio da chamada triangulação, o mesmo método usado para localizar um local na Terra com a ajuda do GPS.

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RECURSOS ADICIONAIS

O Astronomy Cast, produzido pelo Instituto de Ciências Planetárias em colaboração com a Universe Today, tem uma grande série sobre os diferentes tipos de astronomia baseados no espectro eletromagnético. Você pode ouvir a radioastronomia deles, astronomia submilimétrica, astronomia infravermelha, astronomia óptica, astronomia ultravioleta, astronomia de raios X e astronomia de raios gama.

BIBLIOGRAFIA

National Radio Astronomy Observatory: The History of Radio Astronomy, acesso em abril de 2023 em: https://public.nrao.edu/radio-astronomy/the-history-of-radio-astronomy/

Walker, JH Uma breve história da astronomia infravermelha, Astronomy & Geophysics, Volume 41, Edição 5, Outubro de 2000, Páginas 5.10–5.13: https://doi.org/10.1046/j.1468-4004.2000.41510.x

ESA: Vendo com olhos infravermelhos: Uma breve história da astronomia infravermelha, julho de 2020, acesso em abril de 2023 em: https://sci.esa.int/web/herschel/-/59550-a-brief-history-of-infrared- astronomia

Harvard University: History of X-Ray Astronomy, acesso em abril de 2023 em: https://chandra.harvard.edu/xray_astro/history.html

ESA: History of X-ray astronomy in Europe: From Exosat to ATHENA, acessado em abril de 2023 em: https://sci.esa.int/web/athena/-/60759-history-of-x-ray-astronomy-in -europa-de-exosat-para-atena

Pinkau, K. História dos telescópios de raios gama e astronomia, Experimental Astronomy, Volume 25, Edição 1-3, pp. 157-171, agosto de 2009: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2009ExA.. ..25..157P/abstrato

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Referência:

PULTAROVA, Tereza. How does astronomy use the electromagnetic spectrum? Space, Nova York, 22, abr. 2023. References. Disponível em: <https://www.space.com/electromagnetic-spectrum-use-in-astronomy>. Acesso em: 05, mai. 2023.

Marcello Franciolle F T I P E
Founder - Gaia Ciência

Marcello é fundador da Gaia Ciência, que é um periódico científico que foi pensado para ser uma ferramenta para entender o universo e o mundo em que vivemos, com temas candentes e fascinantes sobre o Universo e Ciências da Terra para inspirar e encantar as pessoas. Ele é graduando em Administração pelo Centro Universitário N. Sra. do Patrocínio (CEUNSP) – frequentou a Universidade de Sorocaba (UNISO); graduação em Análise de Sistemas e onde participou do Encontro de Pesquisadores e Iniciação Científica (EPIC). Suas paixões são literatura, filosofia, poesia e claro ciência.