Quando estrelas distantes explodem, elas emitem flashes de energia chamados de explosões de raios gama, que são brilhantes o suficiente para que os telescópios na Terra possam detectá-los. O estudo desses pulsos, que também podem vir de fusões de alguns objetos astronômicos exóticos, como buracos negros e estrelas de nêutrons, pode ajudar astrônomos como eu a entender a história do universo.
Os telescópios espaciais detectam, em média, uma explosão de raios gama por dia, somando-se a milhares de explosões detectadas ao longo dos anos, e uma comunidade de voluntários está tornando possível a pesquisa dessas explosões.
Em 20 de novembro de 2004, a NASA lançou o Observatório Neil Gehrels Swift, também conhecido como Swift. O Swift é um telescópio espacial de vários comprimentos de onda que os cientistas estão usando para descobrir mais sobre esses misteriosos flashes de raios gama do universo.
As explosões de raios gama geralmente duram muito pouco tempo, de alguns segundos a alguns minutos, e a maior parte de sua emissão é na forma de raios gama, que fazem parte do espectro de luz que nossos olhos não conseguem ver. Os raios gama contêm muita energia e podem danificar os tecidos humanos e o DNA.
Felizmente, a atmosfera da Terra bloqueia a maioria dos raios gama do espaço, mas isso também significa que a única maneira de observar explosões de raios gama é por meio de um telescópio espacial como o Swift. Ao longo de seus 19 anos de observações, o Swift observou mais de 1.600 explosões de raios gama. As informações que ele coleta dessas explosões ajudam os astrônomos no solo a medir as distâncias desses objetos.
Olhando para trás no tempo
Os dados do Swift e de outros observatórios ensinaram aos astrônomos que as explosões de raios gama são uma das explosões mais poderosas do universo. Elas são tão brilhantes que telescópios espaciais como o Swift podem detectá-las em todo o universo.
De fato, as explosões de raios gama estão entre os objetos astrofísicos mais distantes observados pelos telescópios.
Como a luz viaja a uma velocidade finita, os astrônomos estão efetivamente olhando para trás no tempo à medida que olham mais longe no universo.
A explosão de raios gama mais distante já observada ocorreu tão longe que sua luz levou 13 bilhões de anos para chegar à Terra. Portanto, quando os telescópios tiraram fotos dessa explosão de raios gama, eles observaram o evento como ele era há 13 bilhões de anos.
As explosões de raios gama permitem que os astrônomos aprendam sobre a história do universo, inclusive como a taxa de nascimento e a massa das estrelas mudam com o tempo.
Tipos de explosões de raios gama
Os astrônomos agora sabem que há basicamente dois tipos de explosões de raios gama - longas e curtas. Elas são classificadas de acordo com a duração de seus pulsos. As explosões longas de raios gama têm pulsos mais longos do que dois segundos, e pelo menos alguns desses eventos estão relacionados a supernovas - estrelas que explodem.
Quando uma estrela maciça, ou uma estrela que seja pelo menos oito vezes mais maciça do que o nosso Sol, fica sem combustível, ela explode como uma supernova e entra em colapso, transformando-se em uma estrela de nêutrons ou em um buraco negro.
Tanto as estrelas de nêutrons quanto os buracos negros são extremamente compactos. Se você encolhesse o Sol inteiro em um diâmetro de cerca de 12 milhas, ou o tamanho de Manhattan, ele seria tão denso quanto uma estrela de nêutrons.
Algumas estrelas particularmente maciças também podem lançar jatos de luz quando explodem. Esses jatos são feixes concentrados de luz alimentados por campos magnéticos estruturados e partículas carregadas. Quando esses jatos são apontados para a Terra, telescópios como o Swift detectam uma explosão de raios gama.
Por outro lado, as explosões curtas de raios gama têm pulsos menores que dois segundos. Os astrônomos suspeitam que a maioria dessas explosões curtas ocorre quando duas estrelas de nêutrons ou uma estrela de nêutrons e um buraco negro se fundem.
Quando uma estrela de nêutrons se aproxima demais de outra estrela de nêutrons ou de um buraco negro, os dois objetos orbitam em torno um do outro, aproximando-se cada vez mais à medida que perdem parte de sua energia por meio de ondas gravitacionais.
Esses objetos acabam se fundindo e emitindo jatos curtos. Quando os jatos curtos são apontados para a Terra, os telescópios espaciais podem detectá-los como rajadas curtas de raios gama.
Classificação das explosões de raios gama
Classificar as explosões como curtas ou longas nem sempre é tão simples. Nos últimos anos, os astrônomos descobriram algumas explosões peculiares de raios gama curtos associadas a supernovas em vez das esperadas fusões. E descobriram algumas explosões longas de raios gama relacionadas a fusões em vez de supernovas.
Esses casos confusos mostram que os astrônomos não entendem totalmente como as explosões de raios gama são criadas. Eles sugerem que os astrônomos precisam de um melhor entendimento das formas dos pulsos de raios gama para conectar melhor os pulsos às suas origens.
Mas é difícil classificar sistematicamente a forma do pulso, que é diferente da duração do pulso. As formas de pulso podem ser extremamente diversas e complexas. Até agora, nem mesmo os algoritmos de aprendizado de máquina conseguiram reconhecer corretamente todas as estruturas de pulso detalhadas nas quais os astrônomos estão interessados.
Ciência cidadã
Meus colegas e eu contamos com a ajuda de voluntários da NASA para identificar estruturas de pulso. Os voluntários aprendem a identificar as estruturas de pulso, depois examinam as imagens em seus próprios computadores e as classificam.
Nossos resultados preliminares sugerem que esses voluntários - também chamados de cientistas cidadãos - podem aprender e reconhecer rapidamente as estruturas complexas dos pulsos de raios gama. A análise desses dados ajudará os astrônomos a entender melhor como essas misteriosas explosões são criadas.
Nossa equipe espera saber se mais explosões de raios gama na amostra desafiam a classificação anterior de curto e longo prazo. Usaremos os dados para sondar com mais precisão a história do universo por meio de observações de explosões de raios gama.
Esse projeto de ciência cidadã, chamado Burst Chaser, cresceu desde nossos resultados preliminares, e estamos recrutando ativamente novos voluntários para se juntarem à nossa busca para estudar as origens misteriosas por trás dessas explosões.