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maio 09

Planck obtém a impressão digital magnética da Via Láctea

http://www.esa.int/spaceinimages/Images/2014/05/Milky_Way_s_magnetic_fingerprint

O campo magnético da Via Láctea, tal como foi visto pelo satélite Planck, uma missão da Agência Espacial Europeia, com contribuições significativas da NASA. Esta imagem foi produzida a partir das primeiras observações de todo o céu da luz polarizada emitida pela poeira interestelar da Via Láctea. Crédito: ESA and the Planck Collaboration.

A missão Planck publicou um mapa do brilho da radiação CMB com um nível de detalhe sem precedentes, e os cientistas estão examinando os dados para isolarem a polarização deste sinal. Este é um dos principais objetivos científicos do Planck, uma vez que poderá fornecer provas que confirmem a produção de ondas gravitacionais imediatamente após a criação do Universo.

 O observatório espacial Planck da ESA obteve esta imagem que demonstra a estrutura do campo magnético da nossa Galáxia. Esta imagem foi compilada a partir das primeiras observações de todo o céu da luz polarizada emitida pela poeira interestelar da Via Láctea.

A luz é uma forma de energia que nos é bem familiar. No entanto, algumas das suas propriedades permanecem escondidas da nossa experiência natural quotidiana. Uma destas características, a polarização, carrega consigo uma vasta quantidade de informação sobre o que aconteceu ao longo da trajetória do raio luminoso. A polarização tem sido explorada como grande utilidade para os astrônomos.

A luz consiste basicamente de uma série de ondas eletromagnéticas, cujos campos oscilam em direções perpendiculares entre si e à sua direção de propagação.

Geralmente estes campos podem oscilar em quaisquer orientações. Todavia, se oscilarem em certas direções preferenciais, a luz se torna polarizada. Este mudança acontece, por exemplo, quando a luz é desviada por um superfície reflexiva como um espelho ou um lago. Utilizando filtros especiais é possível absorver a luz polarizada. Esta é a forma pelo qual os óculos polarizados atuam para eliminar reflexos.

No espaço, a luz emitida pelas estrelas, pelo gás e poeira cósmica também pode se tornar polarizada de várias formas. Medindo a quantidade de polarização desta luz, os astrônomos conseguem estudar os diversos processos físicos que originaram a polarização.

Especificamente, a polarização pode revelar a existência e as propriedades dos campos magnéticos do ambiente atravessado pelo raio de luz.

O mapa do observatório espacial Planck aqui apresentado foi obtido utilizando dados recolhidos por detectores especiais que atuam de forma semelhante aos óculos polarizados. Os vórtices, loops e arcos nesta nova imagem traçam a estrutura do campo magnético da nossa galáxia, a Via Láctea.

Além de centenas de bilhões de estrelas, a Via Láctea está repleta de uma mistura de gás e poeira, a matéria prima a partir da qual estrelas nascem. Embora os minúsculos grãos de poeira sejam muito frios, estes também emitem radiação em comprimentos de onda muito longos, nos domínios do infravermelho e das micro-ondas. Se os grãos forem assimétricos, uma grande parte da sua radiação oscila em um plano paralelo ao eixo maior da partícula, tornando a radiação polarizada.

Se os grãos de poeira de uma nuvem estivessem orientados de forma aleatória, não se observaria uma polarização definida. No entanto, os grãos de poeira cósmica estão quase sempre girando rapidamente, cerca de dezenas de milhões de vezes por segundo, devido as colisões com fótons e com átomos que se movem de forma rápida.

Assim, tendo em vista que as nuvens interestelares na Via Láctea são atravessadas por campos eletromagnéticos, os grãos de poeira em rotação tendem a alinhar-se preferencialmente com as linhas do campo, orientando o eixo maior perpendicularmente à direção do campo magnético. Como resultado, há uma radiação polarizada diferencial predominante na luz emitida, a qual pode ser medida.

A partir desta método, os astrônomos usam a polarização da luz emitida por partículas de poeira para estudarem a estrutura do campo magnético galáctico e, especificamente, a orientação das linhas de campo projetadas no plano celeste.

Nesta nova imagem do Planck, as regiões mais escuras correspondem às emissões mais fortemente polarizadas e as estrias indicam a direção do campo magnético projetado no plano do céu. Uma vez que o campo magnético da Via Láctea tem uma estrutura tridimensional, é muito difícil determinar a sua orientação predominante se as linhas de campo estiverem muito desordenadas ao longo da nossa linha de visão. É como se tentássemos detectar algum alinhamento diferencial olhando através de um novelo de lã.

Entretanto, a imagem fornecida pelo Planck demonstra que existe uma organização em grande escala em algumas partes do campo magnético galáctico.

A faixa escura na horizontal que atravessa o centro da imagem corresponde ao plano galáctico. Aqui, a polarização revela um padrão regular para grandes escalas angulares, que se deve ao fato das linhas do campo serem predominantemente paralelas ao plano da Via Láctea.

Os dados demonstram também as variações na direção da polarização no interior das nuvens de poeira e gás mais próximas, tal como se pode ver nos emaranhados presentes acima e abaixo do plano, onde o campo magnético local é particularmente desorganizado.

Os dados da polarização galáctica medidos pelo Planck foram descritos em detalhe, em uma série de quatro artigos publicados na Astronomy & Astrophysics. Entretanto, o estudo do campo magnético da Via Láctea não é a única razão pela qual os cientistas estão interessados nestes resultados. Escondido atrás da radiação da nossa Galáxia encontra-se o sinal primordial da radiação cósmica de fundo (CMB), a mais antiga luz do Universo.

Em março de 2014, os cientistas da colaboração BICEP2 relataram a realização da primeira detecção deste tipo de sinal a partir dos dados recolhidos por um telescópio terrestre, após observar uma região do céu em uma única frequência na faixa de frequências de micro-ondas. Esta reivindicação baseia-se no pressuposto de que as emissões polarizadas em primeiro plano são quase desprezíveis nesta região.

Observatório Planck - Créditos: ESA/D. Ducros

Observatório Planck – Créditos: ESA/D. Ducros

Depois disto, durante este ano, os cientistas da colaboração Planck vão liberar dados baseados em observações do Planck da luz polarizada em sete frequências diferentes ao longo de todo o céu. Estes dados abrangendo diferentes frequências irão permitir aos astrônomos eliminarem quaisquer possíveis contaminações do fraco sinal polarizado da radiação cósmica de fundo.

Tal irá permitir uma investigação muito mais detalhada da história primordial do Cosmos, desde a expansão acelerada quando o Universo ainda tinha menos de 1 segundo de existência até o momento em que as primeiras estrelas surgiram milhões de anos depois.

Fontes

NASA/JPL: Planck Takes Magnetic Fingerprint of Our Galaxy

ESA: Planck Takes Magnetic Fingerprint of Our Galaxy

Artigos Científicos

  1. Planck intermediate results. XIX. An overview of the polarized thermal emission from Galactic dust
  2. Planck intermediate results. XX. Comparison of polarized thermal emission from Galactic dust with simulations of MHD turbulence
  3. Planck intermediate results. XXI. Comparison of polarized thermal emission from Galactic dust at 353 GHz with optical interstellar polarization
  4. Planck intermediate results. XXII. Frequency dependence of thermal emission from Galactic dust in intensity and polarization

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