O mosaico do Hubble revela uma coleção de nós esculpidos de gás e poeira em uma pequena porção da Nebulosa da Cabeça do Macaco (também conhecida como NGC 2174 e Sharpless Sh2-252). A nebulosa é uma região de formação de estrelas que hospeda nuvens de poeira escuras em silhueta contra gás brilhante. (Crédito da imagem: NASA, ESA e a equipe do Hubble Heritage (STScI / AURA))

A astrofísica é um ramo da ciência espacial que aplica as leis da física e da química para explicar o nascimento, vida e morte de estrelas, planetas, galáxias, nebulosas e outros objetos no universo. Tem duas ciências irmãs, astronomia e cosmologia, e as linhas entre elas se confundem. 

No sentido mais rígido:

• Astronomia mede posições, luminosidades, movimentos e outras características
• A astrofísica cria teorias físicas de estruturas de pequeno a médio porte no universo
• A cosmologia faz isso para as estruturas maiores e para o universo como um todo. 

Na prática, as três profissões formam uma família unida. Pergunte a posição de uma nebulosa ou que tipo de luz ela emite, e o astrônomo poderá responder primeiro. Pergunte de que é feita a nebulosa e como ela se formou, e o astrofísico o respoderá. Pergunte como os dados se encaixam na formação do universo e o cosmologista provavelmente entrará em ação. Mas cuidado, para qualquer uma dessas perguntas, dois ou três podem começar a falar ao mesmo tempo!

Objetivos da astrofísica

Os astrofísicos procuram compreender o universo e nosso lugar nele. Na NASA, os objetivos da astrofísica são "descobrir como o universo funciona, explorar como ele começou e evoluiu e procurar vida em planetas ao redor de outras estrelas", de acordo com o site da NASA.

A NASA afirma que esses objetivos produzem três questões gerais:

• Como funciona o universo?
• Como chegamos aqui?
• Estamos sozinhos?

Tudo começou com Newton

Embora a astronomia seja uma das ciências mais antigas, a astrofísica teórica começou com Isaac Newton. Antes de Newton, os astrônomos descreviam os movimentos dos corpos celestes usando modelos matemáticos complexos sem base física. Newton mostrou que uma única teoria explica simultaneamente as órbitas das luas e planetas no espaço e a trajetória de uma bala de canhão na Terra. Isso aumentou o corpo de evidências para a (então) surpreendente conclusão de que os céus e a Terra estão sujeitos às mesmas leis físicas.

Talvez o que mais separou o modelo de Newton dos anteriores é que ele é tanto preditivo quanto descritivo. Com base em aberrações na órbita de Urano, os astrônomos previram a posição de um novo planeta, que foi então observado e denominado Netuno. Ser preditivo e também descritivo é o sinal de uma ciência madura, e a astrofísica está nesta categoria.

Marcos na astrofísica

Como a única maneira de interagirmos com objetos distantes é observando a radiação que eles emitem, muito da astrofísica tem a ver com a dedução de teorias que explicam os mecanismos que produzem essa radiação e fornecem ideias de como extrair o máximo de informações dela. As primeiras ideias sobre a natureza das estrelas surgiram em meados do século 19 a partir da florescente ciência da análise espectral, que significa observar as frequências específicas de luz que determinadas substâncias absorvem e emitem quando aquecidas. A análise espectral continua sendo essencial para o triunvirato das ciências espaciais, tanto guiando quanto testando novas teorias.

A espectroscopia inicial forneceu a primeira evidência de que as estrelas contêm substâncias também presentes na Terra. A espectroscopia revelou que algumas nebulosas são puramente gasosas, enquanto outras contêm estrelas. Isso mais tarde ajudou a embasar a ideia de que algumas nebulosas não eram nebulosas, eram outras galáxias! 

No início da década de 1920, Cecilia Payne descobriu, usando espectroscopia, que as estrelas são predominantemente hidrogênio (pelo menos até a velhice). Os espectros das estrelas também permitiram aos astrofísicos determinar a velocidade com que se aproximam ou se afastam da Terra. Assim como o som que um veículo emite é diferente se movendo em nossa direção ou para longe de nós, por causa do deslocamento Doppler, os espectros das estrelas mudarão da mesma maneira. Na década de 1930, ao combinar o deslocamento Doppler e a teoria da relatividade geral de Einstein, Edwin Hubble forneceu evidências sólidas de que o universo está se expandindo. Isso também é previsto pela teoria de Einstein e, juntos, formam a base da Teoria do Big Bang.

Também em meados do século 19, os físicos Lord Kelvin (William Thomson) e Gustav Von Helmholtz especularam que o colapso gravitacional poderia alimentar o sol, mas finalmente perceberam que a energia produzida dessa forma duraria apenas 100.000 anos. Cinquenta anos depois, A famosa equação E=mc² de Einstein deu aos astrofísicos a primeira pista de qual poderia ser a verdadeira fonte de energia (embora aconteça que o colapso gravitacional desempenhe um papel importante). À medida que a física nuclear, a mecânica quântica e a física de partículas cresceram na primeira metade do século 20, tornou-se possível formular teorias sobre como a fusão nuclear poderia fornecer energia às estrelas. Essas teorias descrevem como as estrelas se formam, vivem e morrem, e explicam com sucesso a distribuição observada de tipos de estrelas, seus espectros, luminosidades, idades e outras características.

Astrofísica é a física de estrelas e outros corpos distantes no universo, mas também chega perto de casa. De acordo com a Teoria do Big Bang, as primeiras estrelas eram quase inteiramente de hidrogênio. O processo de fusão nuclear que as energiza esmaga átomos de hidrogênio para formar o elemento mais pesado o hélio. Em 1957, a equipe de astrônomos formados por Geoffrey e Margaret Burbidge, juntamente com os físicos William Alfred Fowler e Fred Hoyle, mostraram como, à medida que as estrelas envelhecem, elas produzem elementos cada vez mais pesados, que passam para as gerações posteriores de estrelas em quantidades cada vez maiores. É apenas nos estágios finais da vida das estrelas mais recentes que os elementos que constituem a Terra, como o ferro (32,1 por cento), o oxigênio (30,1 por cento), o silício (15,1 por cento), são produzidos. Outro desses elementos é o carbono, que junto com o oxigênio, constituem a maior parte da massa de todas as coisas vivas, incluindo nós. Assim, a astrofísica nos diz que, embora não sejamos todos estrelas, somos todos poeira estelar.

Astrofísica como carreira

Tornar-se um astrofísico requer anos de observação, treinamento e trabalho. Mas você pode começar a se envolver um pouco, mesmo no ensino fundamental e médio, ingressando em clubes de astronomia, participando de eventos locais de astronomia, fazendo cursos online gratuitos de astronomia e astrofísica e acompanhando as novidades da área em um site como o Gaia Ciência. 

Na faculdade, os alunos devem ter como objetivo (eventualmente) concluir um doutorado em astrofísica e, em seguida, assumir uma posição de pós-doutorado em astrofísica. Os astrofísicos podem trabalhar para o governo, laboratórios universitários e, ocasionalmente, organizações privadas.

Study.com ainda recomenda as seguintes etapas para colocá-lo no caminho para se tornar um astrofísico:

Faça aulas de matemática e ciências durante todo o ensino médio. Certifique-se de ter uma grande variedade de aulas de ciências. Astronomia e astrofísica frequentemente combinam elementos da biologia, química e outras ciências para melhor compreender os fenômenos do universo. Além disso, fique atento para quaisquer empregos de verão ou estágios em matemática ou ciências. Até mesmo o trabalho voluntário pode ajudar a fortalecer seu currículo.

Buscar um diploma de bacharel em matemática ou ciências. Embora um bacharelado em astrofísica seja o ideal, existem muitos outros caminhos para esse campo. Você pode fazer graduação em ciência da computação, por exemplo, o que é importante para ajudá-lo a analisar dados. É melhor falar com o orientador do ensino médio ou com a universidade local para descobrir quais programas de graduação irão ajudá-lo.

Aproveite as oportunidades de pesquisa. Muitas universidades têm laboratórios nos quais os alunos participam das descobertas e às vezes até são publicados. Agências como a NASA também oferecem estágios de vez em quando. 

Termine o doutorado em astrofísica. Um Ph.D. é um longo caminho, mas o Bureau of Labor Statistics dos EUA aponta que a maioria dos astrofísicos tem doutorado. Certifique-se de incluir cursos de astronomia, ciência da computação, matemática, física e estatística para ter uma ampla base de conhecimento.

Natalie Hinkel, uma astrofísica planetária que estava na Universidade do Estado do Arizona, deu uma longa entrevista com Lifehacker em 2015 que forneceu um vislumbre das recompensas e desafios de ser uma pesquisadora júnior de astrofísica. Ela descreveu o longo número de anos que investiu em suas pesquisas, as frequentes mudanças de emprego, suas horas de trabalho e como é ser mulher em um campo competitivo. Ela também teve uma visão interessante sobre o que ela realmente fazia no dia a dia. Muito pouco tempo é gasto no telescópio.

"Eu passo a maior parte do meu tempo programando. A maioria das pessoas presume que os astrônomos passam todo o seu tempo em telescópios, mas isso é apenas uma pequena fração do trabalho, se é que o faço. Eu faço algumas observações, mas nos últimos anos Eu só observei duas vezes por um total de cerca de duas semanas ", disse Hinkel a Lifehacker. 

"Depois de obter os dados, você precisa reduzi-los (ou seja, retirar as partes ruins e processá-los para obter informações reais), geralmente combiná-los com outros dados para ver o quadro completo e, em seguida, escrever um artigo sobre suas descobertas. Uma vez que cada execução de observação normalmente produz dados de várias estrelas, você não precisa gastar todo o seu tempo no telescópio para ter trabalho suficiente."

Fonte: Space