Radioastronomia: observando o universo invisível

Mesmo na noite mais clara e escura, não é possível ver mais de 5% da luz de nossa galáxia natal, a Via Láctea, devido ao bloqueio da luz pela poeira. Felizmente, o século XX nos trouxe a radioastronomia, o estudo das ondas de rádio que viajam através da poeira, abrindo nossos "olhos" para um universo que nunca havíamos imaginado.

Faça um tour pelos nossos planetas vizinhos por meio de suas emissões de rádio e saiba como os cientistas inferem suas temperaturas e fontes de energia. Você ficará chocado com a diferença entre suas imagens na luz solar refletida - as imagens com as quais estamos familiarizados - e sua aparência quando "vemos" a energia de rádio que eles emitem por conta própria.

Quando o jovem engenheiro Karl Jansky recebeu a tarefa de encontrar fontes de rádio naturais que pudessem interferir nas comunicações de rádio transatlânticas comerciais, nasceu a radioastronomia. Seu trabalho levou à descoberta da radiação síncrotron. Mas passariam décadas até que os cientistas entendessem o que esses primeiros radioastrônomos haviam detectado: raios cósmicos e campos magnéticos.

Pouco depois do nascimento da radioastronomia, um estudante holandês utilizou o que então se sabia sobre a física dos átomos para determinar que, se o hidrogênio existisse no espaço interestelar, ele produziria uma linha espectral específica em comprimentos de onda de rádio. Em 1951, a linha foi detectada a 21 cm, exatamente como previsto. Nossa compreensão do universo mudou para sempre.

Radiotelescópios são enormes porque ondas de rádio têm pouquíssima energia. Por exemplo, o sinal de um celular comum a um quilômetro de distância é cinco milhões de bilhões de vezes mais forte que os sinais de um quasar brilhante. Descubra como cada um desses fascinantes instrumentos é projetado para cumprir um objetivo científico específico

Antes de existirem estrelas, planetas e galáxias, havia hidrogênio - e ainda temos mais hidrogênio hoje do que qualquer outro elemento. Compreendendo a física quântica dessa estrutura atômica mais simples e utilizando o efeito Doppler e os modelos de rotação diferencial da Via Láctea, os astrônomos fizeram inúmeras descobertas surpreendentes sobre o universo. Tudo começa com o hidrogênio.

O Green Bank Observatory está localizado na National Radio Quiet Zone de 13.000 acres, na fronteira da Virgínia com a Virgínia Ocidental. Conheça essa fascinante instalação onde os astrônomos descobriram cinturões de radiação ao redor de Júpiter, o buraco negro no centro da nossa galáxia e a primeira molécula orgânica interestelar conhecida, além de iniciarem a busca por vida extraterrestre.

Com 17 milhões de libras e mais de 2.000 painéis de superfície que podem ser reposicionados em tempo real, este é um dos maiores objetos móveis terrestres já construídos. A antena poderia conter dois campos de futebol lado a lado, mas quando seus painéis são focalizados, a superfície apresenta erros não maiores do que a espessura de um cartão de visita. Bem-vindo a esta rara visão privilegiada

Usando as leis da física e da radiação eletromagnética, os astrônomos podem "pesar" uma galáxia estudando a distribuição de seu hidrogênio em rotação. Mas, ao fazer isso, logo fica claro que algo está muito errado: uma enorme proporção da massa da galáxia simplesmente desapareceu. Bem-vindo ao mundo inconstante da matéria escura - que agora acreditamos representar 90% da Via Láctea.

Em meados da década de 1960, os astrônomos descobriram sinais com periodicidade previsível, mas sem fonte conhecida. Caso esses sinais indicassem vida extraterrestre, eles foram inicialmente rotulados como LGM, Little Green Men (Pequenos Homens Verdes). Mas a pesquisa revelou que a fonte da radiação pulsante eram estrelas de nêutrons.

O giro de um pulsar começa com seu nascimento em uma supernova e pode ser alterado pela transferência de massa de uma estrela companheira. Saiba como os pulsares, esses relógios interestelares precisos, são usados para confirmar a previsão de Einstein sobre as ondas gravitacionais por meio de observações de um sistema de duas estrelas de nêutrons e como extraímos o sinal do pulsar do ruído.

Hoje em dia, humanos usam transmissões de rádio para tudo, de comunicações militares a portas automáticas. Como os cientistas distinguem sinais terrestres de sinais espaciais? Descubra como o telescópio de 300 pés foi construído rápido e barato, acabou estudando pulsares e hidrogênio em galáxias distantes, e ajudou a comprovar a matéria escura.

Aprenda sobre técnicas para separar sinais originados em receptores de sinais originados do espaço sideral. Usando uma antena exclusiva localizada em Nova Jersey, veremos como dois radioastrônomos, com curiosidade, persistência e algum trabalho manual, detectaram os fracos sinais de rádio do big bang, a mais antiga radiação eletromagnética que pode ser detectada.

Você já olhou para Órion em uma noite escura de inverno e notou uma mancha difusa próxima ao centro da constelação? Você está olhando para a nebulosa de Orion, um "berçário" onde nascem estrelas todos os anos. Saiba por que a ionização ocorre nessas regiões H II e como esse plasma quente produz alguns dos objetos mais bonitos do céu.

É provável que você concorde com os astrônomos que a gravidade é a força ou o evento mais importante que molda o mundo como você o conhece. Mas a segunda mais importante? Seriam as supernovas, e nada do que você conhece estaria aqui sem elas. Saiba como as estrelas supermassivas podem explodir no final de suas vidas, liberando uma energia que supera a de 10 bilhões de sóis.

Quando os radioastrônomos descobriram um céu cheio de pequenas fontes de rádio de origem desconhecida, construíram telescópios com múltiplas antenas para investigá-las. Saiba como e por que os interferômetros foram desenvolvidos e como ajudaram a estudar quasares - objetos brilhantes semelhantes a estrelas, que agora se sabe só existem em galáxias cujo gás cai em um buraco negro supermassivo

A contagem de fontes de rádio trouxe grandes descobertas sobre o universo, mesmo que cada uma não seja totalmente compreendida. Entre buracos negros e explosões estelares, cientistas, usando levantamentos astronômicos, agora acreditam que galáxias seguem diferentes trajetórias evolutivas. E o universo? Ele não apenas evolui, mas passa por estágios.

A necessidade de uma nova geração de radiointerferômetros para desvendar fontes de rádio extragalácticas levou ao desenvolvimento do Very Large Array (VLA) no Novo México. Com suas 27 antenas de rádio em formato de Y, ele oferece alta sensibilidade e alta resolução angular. O VLA proporcionou uma visão mais profunda e clara das galáxias do que nunca, e os resultados foram surpreendentes.

Aprenda como astrônomos usam VLBI, unindo telescópios distantes para criar um radiotelescópio do tamanho da Terra. Com ele, estudam centros galácticos, buracos negros, fontes de rádio, e ainda melhoram a medição do tempo e o estudo da tectônica de placas.

Na luz visível, os cientistas descreviam as galáxias como "universos-ilhas". Desde o advento da radioastronomia, observamos galáxias conectadas por fluxos de hidrogênio neutro, interagindo e extraindo gases umas das outras. Astrônomos descobriram que essas fortes interações ambientais não são uma característica secundária - elas são essenciais para a estrutura e aparência básicas de uma galáxia.

No final da década de 1960, foram detectados amônia e vapor d'água interestelares. Logo surgiram formaldeído, monóxido de carbono e a descoberta de nuvens moleculares gigantes onde hoje sabemos que estrelas e planetas se formam. Com avanços na tecnologia de radioastronomia, cientistas de hoje podem observar o processo de formação estelar em outros sistemas. Os resultados são impressionantes.

Com 66 antenas de rádio localizadas no alto deserto chileno, acima de parte da atmosfera terrestre, o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) é um radiotelescópio sintonizado nas frequências mais altas das ondas de rádio. Projetado para examinar algumas das galáxias mais distantes e antigas já vistas, o ALMA não só revelou novas estrelas em formação, mas também sistemas planetários.

Nuvens interestelares favorecem a formação de moléculas à base de carbono em detrimento de qualquer outro tipo - nada do que os modelos estatísticos previam. Nuvens interestelares contêm uma profusão de substâncias químicas semelhantes às que ocorrem naturalmente na Terra. Se os planetas se formam nessa sopa de moléculas orgânicas, é possível que a vida não precise começar do zero em cada planeta?

Saiba mais sobre os novos radiotelescópios e questões instigantes que eles pretendem abordar: A vida começou no espaço? O que é matéria escura? E uma nova questão que surgiu nos últimos anos: O que são rajadas rápidas de rádio? Não importa o quão poderosos sejam esses telescópios, os radioastrônomos continuarão a desafiar os limites para nos contar cada vez mais sobre o universo que é o nosso lar.