• Home
  • Química
  • Astronomia
  • Energia
  • Natureza
  • Biologia
  • Física
  • Eletrônicos
  •  science >> Ciência >  >> Astronomia
    Links multimessageiros para a missão Fermi da NASAs mostram como a sorte favorece os preparados

    Em 22 de setembro, 2017, o Observatório de Neutrinos IceCube no Pólo Sul, representado nesta ilustração por cordas de sensores sob o gelo, detectou um neutrino de alta energia que parecia vir do espaço profundo. O Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA (centro esquerdo) identificou a fonte como um buraco negro supermassivo em uma galáxia a cerca de 4 bilhões de anos-luz de distância. É a primeira fonte de neutrino de alta energia identificada fora de nossa galáxia. Crédito:NASA / Fermi e Aurore Simonnet, Sonoma State University

    Em 2017, O Telescópio Espacial Fermi Gamma-ray da NASA desempenhou um papel fundamental em duas descobertas importantes que ocorreram com apenas cinco semanas de intervalo. Mas o que pode parecer uma sorte extraordinária é realmente o produto de pesquisas, análise, preparação e desenvolvimento que remontam a mais de um século.

    Em 17 de agosto, 2017, Fermi detectou a primeira luz já vista de uma fonte de ondas gravitacionais - ondulações no espaço-tempo produzidas, neste evento, pela fusão de duas estrelas de nêutrons superdensas. Apenas cinco semanas depois, uma única partícula de alta energia descoberta pelo Observatório IceCube Neutrino da National Science Foundation (NSF) foi rastreada até uma galáxia distante alimentada por um buraco negro supermassivo graças a uma explosão de raios gama observada por Fermi.

    "Por milênios, luz era nossa única fonte de informação sobre o universo, "disse Julie McEnery, o cientista do projeto Fermi no Goddard Space Flight Center da NASA em Greenbelt, Maryland. "As recentes descobertas conectam luz, nosso mensageiro cósmico mais conhecido, para ondas gravitacionais e partículas como neutrinos - novos mensageiros entregando diferentes tipos de informação que estamos apenas começando a explorar. "

    Raízes profundas

    As origens dessas descobertas remontam à pesquisa de ponta, já em 1887. Foi quando os físicos Albert Michelson e Edward Morley conduziram um experimento para detectar uma substância, chamado de éter, que foi postulado como um meio que permitia que as ondas de luz viajassem pelo espaço. Como seu experimento mostrou e muitos desde então confirmaram, o éter não existe. Mas o resultado negativo provou ser uma das inspirações para a teoria da relatividade especial de Albert Einstein de 1905. Ele generalizou isso em uma teoria da gravidade completa em 1915, aquele que previu a existência de ondas gravitacionais.

    Um século depois, em 14 de setembro, 2015, o Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) da NSF detectou essas vibrações espaço-tempo pela primeira vez quando as ondas da fusão de dois buracos negros atingiram a Terra. No meio, veio um fluxo constante de avanços, incluindo lasers, instrumentação aprimorada e computadores e softwares cada vez mais poderosos.

    "Assim como a invenção das tecnologias de detector levou décadas, o mesmo acontece com a estrutura teórica e computacional para analisar e interpretar observações de multimensageiros, "disse Tyson Littenberg, o principal investigador do grupo de pesquisa LIGO no Marshall Space Flight Center da NASA em Huntsville, Alabama. "Passamos por inúmeras simulações para testar novas ideias e melhorar os algoritmos existentes para que estivéssemos preparados para aproveitar ao máximo as primeiras observações, e que o trabalho básico de pesquisa e desenvolvimento continue. "

    Explore como mais de um século de progresso científico com ondas gravitacionais, os raios gama e os neutrinos ajudaram a criar a era da astronomia multimensageira. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA

    Até 2005, nem mesmo foi possível simular em detalhes o que acontece quando um par de buracos negros em órbita se aglutina. A descoberta veio quando equipes separadas em Goddard e na Universidade do Texas em Brownsville desenvolveram independentemente novos métodos computacionais que superaram todos os obstáculos anteriores. Uma compreensão precisa dos sinais de ondas gravitacionais foi um passo importante na evolução das técnicas projetadas para detectá-los e caracterizá-los rapidamente.

    "Outro desenvolvimento fundamental foram os pipelines de análise altamente otimizados e a infraestrutura de tecnologia da informação que pode comparar o modelo teórico com os dados, reconhecer a presença de um sinal, calcular a localização da fonte no céu e formatar as informações de uma forma que o resto da comunidade astronômica possa usar, "explicou Tito Dal Canton, um bolsista do programa de pós-doutorado da NASA e membro de um grupo de pesquisa LIGO em Goddard liderado por Jordan Camp.

    Os astrônomos precisam saber sobre eventos de curta duração o mais rápido possível para que possam utilizar uma grande variedade de telescópios no espaço e no solo. Em 1993, cientistas em Goddard e Marshall começaram a desenvolver um sistema automatizado para distribuir os locais de explosões de raios gama (GRBs) - distantes, explosões poderosas que normalmente duram um minuto ou menos - para astrônomos de todo o mundo em tempo real. Localizado em Goddard e liderado pelo Investigador Principal Scott Barthelmy, a Gamma-ray Coordinates Network / Transient Astronomy Network agora distribui alertas de muitas missões espaciais, bem como instrumentos terrestres como LIGO e IceCube.

    Partículas fantasmas

    A linha histórica dos neutrinos começou com o físico francês Henri Becquerel e sua descoberta de 1895 da radioatividade. Em 1930, depois de estudar um processo radioativo chamado decaimento beta, Wolfang Pauli sugeriu que provavelmente envolvia uma nova partícula subatômica, mais tarde apelidado de neutrino. Agora sabemos que os neutrinos possuem pouca massa, viajar quase tão rápido quanto a luz, vêm em três variedades e estão entre as partículas mais abundantes do universo. Mas porque eles não interagem prontamente com outros assuntos, os neutrinos não foram descobertos até 1956.

    Em 1912, Victor Hess descobriu que as partículas carregadas, agora chamados de raios cósmicos, continuamente entrar na atmosfera da Terra de todas as direções, o que significa que o espaço está cheio deles. Quando os raios cósmicos atingem as moléculas de ar, a colisão produz uma chuva de partículas - incluindo neutrinos - que chove pela atmosfera. A busca por fontes astronômicas de neutrinos significava colocar experimentos no subsolo para reduzir a interferência dos raios cósmicos e construir detectores muito grandes para detectar os sinais fracos de neutrinos tímidos em publicidade.

    Neutrinos produzidos por reações nucleares dentro do núcleo do Sol foram detectados pela primeira vez em 1968, graças a um experimento usando 100, 000 galões de fluido de lavagem a seco localizados nas profundezas de uma mina de ouro de Dakota do Sul. Descobrir a próxima fonte astronômica de neutrinos levaria mais 19 anos. Supernova 1987A, uma explosão estelar em uma galáxia próxima, continua a ser a supernova mais brilhante e próxima vista em mais de 400 anos e é a primeira em que a estrela original pôde ser identificada em imagens de pré-explosão. Os teóricos previram que os neutrinos, que escapam de uma estrela em colapso mais prontamente do que a luz, seria o primeiro sinal de uma nova supernova. E horas antes da luz visível de 1987A chegar à Terra, experimentos no Japão, os EUA e a Rússia detectaram uma breve explosão de neutrinos, tornando a supernova a primeira fonte de neutrinos identificados além do sistema solar.

    Em 17 de agosto, 2017, ondas gravitacionais de uma fusão de estrelas de nêutrons produziram um sinal detectado pelo Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). O som neste vídeo representa as mesmas frequências do alongamento e compressão combinados causados ​​pelas ondas que passam pelos detectores LIGO em Hanford, Washington, e Livingston, Louisiana. Apenas 1,7 segundos depois, uma breve explosão de raios gama - indicada por um ping - foi vista pelo Telescópio Espacial Fermi de raios gama da NASA. Crédito:Goddard Space Flight Center da NASA, Caltech / MIT / LIGO Lab

    "Se nenhum desses experimentos estava operando na época, o sinal do neutrino teria passado despercebido, "disse Francis Halzen, o investigador principal do IceCube, que é essencialmente um telescópio de neutrino construído em um quilômetro cúbico de gelo no Pólo Sul. “Não é suficiente desenvolver a tecnologia, refinar teorias ou até mesmo construir um detector. Precisamos fazer observações com a maior frequência possível para ter a melhor chance de obter informações, eventos raros e cientificamente interessantes. Tanto o Fermi quanto o IceCube estão operando continuamente, fazendo observações ininterruptas do céu. "

    Luz fantástica

    O terceiro fio histórico pertence aos raios gama, a forma de luz de mais alta energia, descoberto em 1900 pelo físico francês Paul Villard. Quando um raio gama de energia suficiente interage com a matéria, fornece uma demonstração perfeita da equação mais famosa de Einstein, E =mc2, transformando-se instantaneamente em partículas - um elétron e sua contraparte de antimatéria, um pósitron. Por outro lado, colidir um elétron e um pósitron juntos e um raio gama resulta.

    O satélite Explorer 11 da NASA, lançado em 1961, detectou os primeiros raios gama no espaço. Em 1963, a Força Aérea dos EUA começou a lançar uma série de satélites como parte do Projeto Vela. Esses satélites cada vez mais sofisticados foram projetados para verificar o cumprimento de um tratado internacional que proibia testes de armas nucleares no espaço ou na atmosfera. Mas a partir de julho de 1967, os cientistas ficaram sabendo que os satélites Vela estavam observando breves eventos de raios gama que claramente não estavam relacionados aos testes de armas.

    Essas explosões foram GRBs, um fenômeno inteiramente novo conhecido agora por marcar a morte de certos tipos de estrelas massivas ou a fusão de estrelas de nêutrons em órbita. A NASA explorou ainda mais o céu de raios gama com o Compton Gamma Ray Observatory, que operou de 1991 a 2000 e registrou milhares de GRBs. A partir de 1997, observações críticas do satélite ítalo-holandês BeppoSAX provaram que os GRBs estavam localizados muito além de nossa galáxia. Compton foi sucedido pelo Observatório Neil Gehrels Swift da NASA em 2004 e Fermi em 2008, missões que continuam explorando o céu de alta energia e que seguem os alertas do LIGO e do IceCube.

    “Nos campos de observação, o acaso favorece apenas a mente preparada, "observou Louis Pasteur, o químico e microbiologista francês, em uma palestra de 1854. Apoiado por décadas de descobertas científicas e inovação tecnológica, o campo florescente da astronomia multimessenger está cada vez mais preparado para seu próximo golpe de sorte.


    © Ciência https://pt.scienceaq.com