DESCOBERTA A ORIGEM DOS RAIOS CÓSMICOS DE ALTA ENERGIA

Nebulosa do caranguejo

COMO SE FORMAM OS RAIOS CÓSMICOS

Os raios cósmicos são gerados em explosões de supernova como a que resultou na Nebulosa de Caranguejo.

radiação sobre a terra

Os raios cósmicos são a radiação de mais alta energia encontrada no espaço. Eles consistem no núcleo de átomos,sem o envoltório de elétrons, acelerados a 95% da velocidade da luz por explosões de supernova, raro fenômeno no qual o material constituinte de uma estrela é disperso no espaço. A maioria desses raios é formada de elementos leves, como núcleos de hidrogênio e hélio, mas cerca de 1% é formado de elementos pesados e estáveis como o ferro.

Com energia que pode superar em 100 milhões de vezes a do mais poderoso acelerador de partículas disponível atualmente, os raios cósmicos de altíssima energia são um dos maiores mistérios da ciência. Desde que foram descobertos, no início do século 20, cientistas têm tentado entender de onde eles vêm, como são produzidos e como se propagam no espaço.

Já que não apresentam elétrons, os raios cósmicos possuem carga positiva e carregam positivamente as células que atravessam. A ionização da água e outros componentes celulares pode provocar rupturas em filamentos do DNA, que geralmente são revertidas por mecanismos de auto-regeneração celular. O maior risco é que células com carga genética defeituosa se multipliquem e configurem uma forma de câncer.

 A alta incidência de catarata em astronautas é outro efeito da radiação espacial, constatado em recente estudo conduzido por Francis Cucinotta, pesquisador no Centro Espacial Johnson. A análise de 48 casos da doença em astronautas concluiu que há aumento significativo do número de ocorrências e incidência precoce em astronautas expostos por mais tempo à radiação. A equipe desenvolve possíveis soluções como o uso de óculos com filtro ultravioleta de antioxidantes (vitaminas C e E, já empregadas no tratamento de catarata senil).

A Nasa estuda o uso de materiais com alta concentração de hidrogênio, como o polietileno, para aprimorar o escudo que protege a Estação Espacial Internacional da radiação cósmica. A Nasa também monitora os níveis de concentração de radiação para que os astronautas se desloquem para áreas da espaçonave ou da estação espacial, sujeitas a índices menores de radiação.

Raios cósmicos

 RAIOS CÓSMICOS

outro estudo realizado no Observatório Pierre Auger, na Argentina, envolvendo 370 cientistas de 17 países, acaba de trazer a primeira conclusão sobre os raios cósmicos de altíssima energia (ou de energia extrema), partículas raras e as mais energéticas do Universo: eles teriam origem nos buracos negros supermassivos situados no centro de galáxias vizinhas.

O Observatório Pierre Auger, que começou a operar em 2004, é a maior instalação voltada para a detecção e o estudo de raios cósmicos de altíssima energia, com 3 mil quilômetros quadrados. A FAPESP é uma das financiadoras do projeto, que conta com a participação de representantes de diversas universidades e centros de pesquisa brasileiros.

Janela para observar o Universo

De acordo com Carlos Ourivio Escobar, professor do Instituto de Física Gleb Wataghin da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp), um dos autores do estudo, a descoberta inaugura a era da astronomia de raios cósmicos.

UNIVERSO REPLETO DE GALÁXIAS

"A descoberta é de extrema importância, porque abre todo um novo campo na física e uma nova janela para observar o Universo. Conforme acumularmos mais dados, poderemos ter conhecimento suficiente dos raios cósmicos a ponto de transformá-los em uma nova ferramenta para a observação de objetos astronômicos", disse Escobar à Agência FAPESP.

NÚCLEOS ATIVOS DAS GALÁXIAS

O cientista explica que os cientistas conseguiram estabelecer uma correlação dos raios cósmicos de energia extrema com os núcleos ativos de galáxias. "Chamamos de galáxias ativas aquelas cujos núcleos emitem uma quantidade imensa de energia - algo da ordem de centenas ou milhares de vezes toda a energia produzida na Via Láctea", disse.

VIA LÁCTEA, NOSSO SISTEMA, NOSSA GALAXIA, MORAMOS AQUI.

Segundo Escobar, já havia sido identificado que as galáxias ativas têm em seus núcleos buracos negros de massa extraordinariamente alta centenas de milhões de vezes maiores do que a do Sol, que tragam matéria incessantemente.

"A nossa galáxia também tem um buraco negro no centro, mas sua massa não passa de algumas centenas de milhares de vezes a do Sol, por isso ela não é tão ativa - isto é, o buraco negro não traga muita matéria", explicou.

Será que está à nos espreitar um buraco negro no coração da Via Láctea? As provas até à data são inconclusivas, mas os astrónomos dizem que um teste relativamente simples poderá esclarecer a questão: procurar um par de estrelas fugindo da Galáxia a uma velocidade estonteante.

 

Os astrónomos acreditam que existe um buraco negro colossal - pesando cerca de 3,6 milhões de vezes a massa do Sol - no centro da Via Láctea. Mas alguns afirmam que aí também existe um segundo buraco negro que pesa entre 1000 e 10.000 Sóis.

A prova vem de observações de um enxame de jovens estrelas localizadas a apenas uma fracção de ano-luz do monstruoso buraco negro onde as forças gravitacionais deveriam impedir a formação de quaisquer estrelas. O enxame pode ter sido formado mais longe e ter migrado para a sua actual posição, no entanto, se existir um buraco negro de médio-peso ele foi gravitacionalmente puxado para o centro galáctico.

Mas tem sido impossível provar esta sugestão. Agora, cientistas dizem que a hipótese pode ser determinada se os astrónomos descobrirem um chamado par de estrelas "hiper-rápidas" que se afastam da perigosa região.

UMA PARTÍCULA POR SÉCULO

A energia desse tipo de raios cósmicos, de acordo com Escobar, ultrapassa a escala de 40 vezes 10 elevados a 18 elétrons-volt. Mas trata-se de fenômeno bastante raro: chegam à Terra em uma taxa de uma partícula por quilômetro quadrado a cada século.

                        Neutrino é uma partícula sub-atómica dificilmente detectada porque 

                                                    sua interação com a matéria é muito fraca, 

                                        sua carga é neutra e sua massa extremamente pequena.

Cosmólogos da Universidade College London, no Reino Unido, estão a um passo de determinar a massa da esquiva partícula de neutrino – não usando um detector de partículas gigante, mas estudando o universo. Embora se acredite que um neutrino tenha massa, é extremamente difícil medi-la, já que ele é muito pequeno e capaz de passar um ano-luz sem acertar um único átomo. 

Novos resultados da maior pesquisa de galáxias já realizada no universo indicam que a massa total de um neutrino não é maior do que 0,28 elétrons-volt – menos de um bilionésimo da massa de um único átomo de hidrogênio. Esta é uma das medidas mais precisas já alcançadas

"Em um observatório de um quilômetro quadrado, precisaríamos esperar cem anos para colher uma partícula. Ou seria preciso ter um observatório imenso. No Pierre Auger, que tem 3 mil quilômetros quadrados, conseguimos observar 30 partículas em um ano", disse.

VIZINHANÇAS

De acordo com Escobar, os dados coletados sobre os raios cósmicos de energia extrema mostraram que eles deveriam se originar em regiões vizinhas. "Se a radiação cósmica viesse de fontes muito afastadas da Terra, ela se propagaria por milhões de anos-luz no meio intergaláctico e sofreria deflexão em campos magnéticos", afirmou.

Se ocorresse essa deflexão, a direção dos raios no céu seria isotrópica, isto é, distribuída de forma homogênea no espaço. "No entanto, observamos um desvio na distribuição isotrópica, ou seja, os raios vinham de algumas direções específicas - que se relacionam com as galáxias ativas", explicou.

ORIGEM INTRA-GALÁCTICA

Segundo Escobar, a descoberta resolve uma controvérsia que vem desde a década de 1950: uma corrente sustentava a hipótese de que os raios cósmicos tivessem origem na própria Via Láctea. Outra vertente defendia a origem extra-galáctica.

"Estamos esclarecendo esse dilema. Achamos uma relação desses raios com objetos astronômicos situados em galáxias que estão a cerca de 300 milhões de anos-luz da nossa. Isso, do ponto de vista cosmológico, significa que elas estão na nossa vizinhança", destacou.

PARTICIPAÇÃO BRASILEIRA

Os pesquisadores brasileiros têm participação ativa no Pierre Auger desde que o observatório começou a ser projetado, em 1995. Na época, Escobar foi o primeiro presidente do conselho colaborativo.

"Nessa pesquisa, tivemos participação na parte de instrumentação - como fornecedores principais dos tanques, anéis e lentes de telescópios - e na parte de análise e desenvolvimento de software, além da área administrativa", disse.

CHUVEIROS ATMOSFÉRICOS

O projeto tem sido importante também para a formação de recursos humanos. "Supervisionei sete bolsistas da FAPESP e formamos vários doutores ao longo desses anos, principalmente a partir de 1999", disse o professor da Unicamp.

O nome do observatório é uma homenagem ao físico francês Pierre Vitor Auger (1899-1993), que foi o primeiro a observar, em 1938, chuveiros atmosféricos extensos gerados pela interação de raios cósmicos de altíssima energia com a atmosfera terrestre.

O FILÓSOFO

ASTROFÍSICA E VIDA

Emissão de raios gama

[Imagem: NASA/Swift/Mary Pat Hrybyk-Keith and John Jones]

Tese pioneira em astrobiologia avalia como a ocorrência hipotética de surtos de raios gama - os eventos astrofísicos mais energéticos do Universo - afetaria a vida em um planeta próximo.

AMEAÇAS À VIDA PLANETÁRIA

Querem provar que o primeiro DNA veio do espaço, mas não veio,

Associados a explosões de energia extrema em galáxias distantes, os surtos de raios gama (GRB, na sigla em inglês) são os eventos eletromagnéticos mais luminosos do Universo.

Sistema solar

Em uma tese pioneira em astrobiologia, um pesquisador do Instituto de Astronomia da Universidade de São Paulo (USP) utilizou modelos matemáticos para avaliar como a ocorrência hipotética de um desses eventos superenergéticos nas proximidades de um planeta afetaria a vida que porventura ali existisse.

O trabalho teórico sugere que os GRB afetariam gravemente os organismos vivos de um planeta com atmosfera semelhante à da Terra ao destruírem boa parte da camada de ozônio.

ASTROBIOLOGIA

 O estudo de Douglas Galante resultou na primeira tese defendida no Brasil em astrobiologia campo do conhecimento surgido recentemente, proveniente da necessidade da integração de conceitos de diferentes áreas para a compreensão da origem e evolução da vida na Terra.

De acordo com Galante, a astrobiologia uma interface entre a astronomia e a biologia - aborda questões como a formação e detecção de moléculas pré-bióticas em planetas e no meio interestelar, a influência de eventos astrofísicos no surgimento e manutenção da vida na Terra e a análise das condições de viabilidade da vida em outros planetas ou satélites em especial a vida microbiana.

"Poucos pesquisadores têm trabalhado com astrobiologia no Brasil, por isso a tese foi a primeira na área. Mas ela está ganhando espaço e está se formalizando a criação de um grupo de estudos nessa área, envolvendo pesquisadores de várias instituições. No IAG, está se criando também o primeiro laboratório dedicado à pesquisa em astrobiologia", disse Galante à Agência FAPESP.

SIMULAÇÃO DE AMBIENTES ESPACIAIS E PLANETÁRIOS

 

O pesquisador, que prepara seu pós-doutorado, explica que o grupo de pesquisas envolve pesquisadores do IAG, do Instituto de Biociências e do Instituto de Oceanografia da USP, além da Universidade Federal do Rio de Janeiro, do lnstituto Nacional de Pesquisas Espaciais e da Pontifícia Universidade Católica de Campinas.

"Este pós-doutorado consiste na coordenação da construção do novo laboratório no IAG, que será voltado à simulação de ambientes planetários e espaciais e terá possibilidade de estudos com material geológico e biológico. O objetivo é estudar como os microorganismos terrestres sobreviveriam em condições diferentes das que estão acostumados ou seja, em situações de alta radiação, vácuo, de variações bruscas de temperatura, ou grandes extremos de pressão", disse.

VIDA BASEADO NO DNA

A astrobiologia, surgida há cerca de 15 anos, tem diversas vertentes, como a busca de vida em outros planetas ou satélites. Essa vertente se baseia no estudo das condições dos exoplanetas para abrigar vida.

"De forma pragmática, os cientistas procuram fora da Terra planetas com condições de conter material genético. A maneira mais simples para isso é buscar água em estado líquido, uma condição não-suficiente, mas necessária", disse Galante.

"Mas não podemos garantir que toda vida possua DNA e mesmo as concepções sobre as formas de vida conhecidas atualmente estão mudando, com a descoberta de organismos extremófilos, que conseguem viver no fundo da Terra sem luz, sem água e sob pressões incríveis", contou.

EFEITOS DE UM EVENTO CÓSMICO SOBRE A VIDA

Na biosfera celeste ventos cósmicos empura esta estrel super gigante

 No estudo, para quantificar os danos à biosfera, Galante utilizou dois microrganismos como parâmetro biológico: as bactérias “Escherichia coli e Deinococcus radiodurans”.

A primeira extremamente sensível à radiação em especial a “ultravioleta” e a segunda altamente resistente a vários agentes deletérios, como radiação ultravioleta e ionizante, peróxidos orgânicos e dessecação.

explosão cweleste espalhando radiação ultravioleta

"A ideia era descobrir quais seriam os efeitos biológicos de um evento astrofísico superenergético e avaliar como essa radiação iria interagir com a atmosfera e com a biosfera do planeta. O que aprendemos é que o efeito de maior importância não seria o impacto direto da radiação, mas sim a ação da radiação ultravioleta e a influência do vento solar decorrente da destruição da camada de ozônio causada pelos surtos de raios gama", explicou.

Um evento desse tipo, na avaliação feita por Galante, poderia destruir boa parte da camada de ozônio do nosso planeta se ocorresse em qualquer ponto da galáxia.

"No novo laboratório daremos continuidade a esses estudos, avaliando outras variáveis. Teremos uma grande câmara de vácuo para fazer simulações planetárias e espaciais, além de simuladores solares e várias fontes de radiação", disse. As instalações do novo laboratório ficarão na sede do IAG em Valinhos (SP), no Observatório Abraão de Moraes.

IMPORTÂNCIA COSMOLÓGICA

Um buraço negro, nada escapa de seu raio de ação, nem mesmo aluz.

Para realizar o estudo, foi preciso primeiro modelar a fonte do evento astrofísico e, em seguida, a interação da radiação com a atmosfera. Só depois se pôde entender como os GRB iriam interferir na biosfera. "Utilizamos modelos matemáticos com base em dados experimentais de biologia e dados químicos. O que queremos fazer de agora em diante é irradiar organismos vivos e ver como eles se comportam em diversas situações", disse Galante.

Os GRB foram descobertos pela primeira vez em 1967 por cientistas russos que procuravam detectar testes com armas nucleares. Embora não haja consenso sobre sua origem especula-se que eles tenham surgido a partir de supernovas esses eventos são úteis para o estudo da expansão do Universo.

"Eles têm grande importância cosmológica, pois são os eventos astrofísicos de mais alta energia. Servem para medir parâmetros cosmológicos com grande precisão a distâncias imensas, próximas do início do Universo", disse Galante.

                                                                                   O FILÓSOFO