Astronomia de Raios Gama: o bom, o mal e o feio…

A atual idade de ouro da astronomia de raios gama tem criado mais perguntas que respostas

Comparacao da curva de energia luminosa entre o GRB050904 e o GRB070110 ao longo do tempo

Análise comparativa de duas explosões de raios-gama: gráfico da curva de energia luminosa do GRB 050904 e do GRB 070110 ao longo do tempo de observação. Crédito: Maxim Lyutikov

As explosões de raios gama (GRB – gamma-ray-burst) têm proporcionado uma fonte constante de entusiasmo desde que foram descobertas nos anos 60 por satélites militares dos EUA que caçavam evidências da ocorrência de testes secretos de armas nucleares por outras nações.

Quando iluminam o céu, as explosões de raios gama são os objetos mais brilhantes do Universo. Emitem tanta luz que os astrônomos acreditam que devem estar de alguma forma colimados (agrupados em um feixe), de outra forma a emissão total não poderia surgir dos fenômenos astrofísicos atualmente conhecidos. De esta forma, liberam em poucos segundos, a energia equivalente a que foi emitida pelo Sol em toda a sua existência.

Onde estão as explosões de raios gama originadas na Via Láctea?

Isso as transforma em algo mais que um simples interesse passageiro para a humanidade. Os cientistas especulam se as explosões de raios gama na Via Láctea podem ter sido responsáveis por extinções massivas no passado da Terra e se conseqüentemente poderão nos ameaçar no futuro.

Entretanto, nos surpreende o fato de que nunca se observou até agora uma explosão de raio gama originada dentro na Via Láctea. Por outro lado, as GRBs têm sido os objetos astronômicos mais distantes e conseqüentemente um dos fenômenos mais antigos do Universo que podemos observar e medir. Recentemente, em 2009, por exemplo, os astrônomos disseram haver capturado uma explosão de raios gama que teve lugar apenas 630 milhões de anos após o Big Bang, nos primórdios do Cosmos (pouco para um Universo tem sua idade estimada em 13,73 ± 0,12 bilhões de anos).

A revolução dos dados sobre raios-gama

Toda esta informação e muita mais é o resultado de duas revoluções que acontecido na astronomia dos raios gama. A primeira se associa ao lançamento dos telescópios espaciais de raios gama Swift e Fermi em 2004 e 2008, respectivamente. A segunda foi proporcionada pelo projeto de coordenação global que alerta a comunidade das explosões de raios gama de tal forma que podemos observar seus flashes em outras freqüências através de outros instrumentos.

Como resultado da revolução tecnológica os astrônomos passaram do estado de inanição por falta de dados sobre explosões de raios gama a serem afogados em uma verdadeira inundação de novas informações sobre os GRBs. E a tendência é que o cenário fique pior, uma vez que a quantidade de dados não analisados cresce dia a dia. Isso nos indica que as explosões de raios gama são muito mais complexas e misteriosas do que pensamos.

O que causa as explosões de raios gama?

Em recente artigo, Maxim Lyutikov da Universidade de Purdue em Indiana esboça os mistérios que estão desconcertando os astrônomos e que confirmam uma fascinante leitura. Parecem haver dois tipos de explosões de raios gama: as longas que duram segundos e as explosões curtas que se apagam em menos de um segundo. Como ocorrem estes diferentes tipos até agora não sabemos com certeza. E não vá apostar contra a possível existência de novos tipos de explosões a serem descobertas em breve.

Estas explosões apresentam uma fulguração em raios-X que às vezes decai bem rapidamente e em outros casos se mantém ativas por dezenas de milhares de segundos. Algumas explosões mais tarde voltam a surgir e outros se cortam momentaneamente, como a detonação do tubo de escape de um Ford Modelo T.

Cada uma destas observações necessita de uma explicação distinta e os teóricos o estão lutando para isso. Há um consenso que as explosões de raios gama se criam em algum tipo de colapso gravitacional no qual a energia gravitacional se converte em energia cinética e a seguir em radiação. Portanto normalmente os cientistas concordam entre si que as supernovas são uns dos tipos de fonte. Mas há outras possíveis fontes de GRBs? Nada sabemos.

Então surge a questão: como ocorre tal colapso? Um colapso gravitacional implica a existência de uma onda de choque, mas a estrutura da onda e como interage com qualquer coisa que existe em seu caminho é fracamente entendida.

Até o mecanismo físico pelo qual se formam os raios gama está em discussão. Uma possibilidade é pela emissão de sincrotron, partículas carregadas aceleradas em um campo magnético. De donde procede este campo magnético e como interage com uma onda de choque, não se sabe ainda. Outra opção é a emissão inversa de Compton na quais elétrons de alta energia aumentam a energia de fótons a maiores freqüências. Escolha então a opção de sua preferência…

Modelo de GRB ao longo do tempo. Crédito: Maxim Lyutikov

A esperança é que estes mecanismos podiam unir se de alguma forma na que expliquem a estrutura dos dados que os astrônomos observam: as tempestades energéticas, os brilhos e a variação das escalas temporais nas quais estes fenômenos ocorrem.

Problema a resolver

Mas o temor que Lyutikov aponta é “estes processos talvez sejam tão complexos que caiam para sempre além da nossa compreensão mortal.

Entretanto, este medo parece exageradamente pessimista. Os avanços em muitas áreas da astrofísica estão limitados pela carência de dados. A astronomia de raios gama é uma rara exceção, ao menos por agora. Não negamos a complexidade que representam estes dados. Mas o que este estado de saturação de informação representa é uma oportunidade dourada para uma nova geração de astrofísicos: um apaixonante problema que demanda uma solução.