Yuuki Wada, estudante de graduação da Universidade de Tóquio, com colegas do Japão, descobriram uma conexão entre relâmpagos e dois tipos de fenômenos de raios gama em nuvens de tempestade. A pesquisa sugere que, em certas condições, brilhos de raios gama fracos de nuvens de tempestade podem preceder os relâmpagos e seus flashes de raios gama que os acompanham.

Na cidade de Kanazawa, Prefeitura de Ishikawa, no centro do Japão, Wada e seus colegas trabalham com escolas e empresas locais para instalar monitores de radiação em prédios. Esses monitores de radiação formam uma rede para detectar a radiação vinda do céu. Surpreendentemente, sabe-se há cerca de 30 anos que tempestades podem trazer consigo a atividade de raios gama.

"As pessoas sempre viram relâmpagos e ouviram trovões. Essas eram as maneiras pelas quais podíamos experimentar esse poder da natureza, "disse Wada." Com a descoberta do eletromagnetismo, os cientistas aprenderam a ver relâmpagos com receptores de rádio. Mas agora, podemos observar relâmpagos em raios gama - radiação ionizante. É como ter quatro olhos para estudar os fenômenos. "

Existem dois tipos conhecidos de fenômenos de raios gama associados às nuvens de tempestade:brilhos de raios gama, emissões fracas que duram cerca de um minuto, e flashes de raios gama terrestres de curta duração (TGFs), que ocorrem como raios e são muito mais intensos do que os brilhos de raios gama. Ambos ocorrem em regiões de nuvens de tempestade imprensadas entre camadas de carga variável. As regiões carregadas aceleram os elétrons para perto da velocidade da luz. Nessas velocidades relativísticas, os elétrons que vagam muito perto dos núcleos dos átomos de nitrogênio no ar ficam um pouco mais lentos e emitem um raio gama revelador. Isso é chamado de radiação bremsstrahlung.

"Durante uma tempestade de inverno em Kanazawa, nossos monitores detectaram TGF e relâmpago simultâneos. Isso é bastante comum, mas curiosamente, também vimos um brilho de raios gama na mesma área ao mesmo tempo, "continuou Wada." Além disso, o brilho desapareceu abruptamente quando o raio caiu. Podemos dizer de forma conclusiva que os eventos estão intimamente ligados e esta é a primeira vez que essa conexão foi observada. "

O mecanismo subjacente à descarga atmosférica é altamente procurado, e esta pesquisa pode oferecer percepções anteriormente desconhecidas. Wada e a equipe pretendem avançar em sua investigação para explorar a possibilidade de que os brilhos de raios gama não precedam apenas os relâmpagos, mas pode de fato causá-los. Os níveis de radiação dos flashes de raios gama são bastante baixos, aproximadamente um décimo do nível de um raio-X médico típico.

"Nossa descoberta é um marco na pesquisa sobre raios, e em breve dobraremos nosso número de sensores de radiação de 23 para cerca de 40 ou 50. Com mais sensores, poderíamos melhorar muito os modelos preditivos, "explicou Wada." É difícil dizer agora, mas com dados de sensor suficientes, podemos ser capazes de prever quedas de raios em cerca de 10 minutos após o acontecimento, e dentro de cerca de dois quilômetros de onde eles acontecem. Estou animado por fazer parte desta pesquisa em andamento. "

Provavelmente, outras investigações também ocorrerão em Kanazawa, já que a área possui condições meteorológicas raras e ideais para este tipo de trabalho. A maioria das observações de radiação em tempestades vêm de estações aéreas ou nas montanhas, pois as nuvens de tempestade são geralmente muito altas. Mas as tempestades de inverno em Kanazawa trazem nuvens de tempestade surpreendentemente perto do solo, ideal para estudo com os monitores portáteis de baixo custo desenvolvidos pela equipe de pesquisa.

Os pesquisadores criaram esses monitores de radiação portáteis exclusivos em parte com tecnologia derivada de observatórios de satélite baseados no espaço projetados para experimentos astrofísicos. Isso é apropriado, já que os dados desse tipo de pesquisa podem ser úteis para quem pesquisa astrofísica, e em particular, física solar no contexto da aceleração de partículas. Mas há uma ramificação mais realista, também.

"Paleontologistas que estudam a vida desde os últimos 50 anos, Cerca de mil anos usam uma técnica chamada datação por carbono-14 para determinar a idade de uma amostra. A técnica se baseia no conhecimento dos níveis de dois tipos de carbono, carbono-12 e carbono-14, "disse Wada." É comum pensar que o carbono-14 é criado por raios cósmicos a uma taxa aproximadamente constante, daí o poder preditivo da técnica. Mas há uma sugestão de que tempestades podem alterar a proporção de carbono-12 para carbono-14, o que pode alterar ligeiramente a precisão ou a calibração necessária para que a datação por carbono 14 funcione. "

Wada e seus colegas continuarão a desvendar os mistérios dos relâmpagos, um dos fenômenos mais cativantes e icônicos da natureza. Um próximo projeto colaborativo com base na França lançará um satélite dedicado para observações de relâmpagos em todo o mundo a partir do espaço.

A pesquisa é relatada em Física das Comunicações .