Um dia de ouro para a Astronomia

Um dia de ouro para a Astronomia

Por que a descoberta anunciada hoje significa tanto para a Astronomia

Gustavo Rojas

16 Outubro 2017 | 17h48

2017 é definitivamente o ano das ondas gravitacionais. Menos de duas semanas após o anúncio do Prêmio Nobel concedido a Rainer Weiss, Barry Barish e Kip Thorne pela primeira detecção de ondas gravitacionais, feita em setembro de 2015, o tema volta a sacudir o mundo científico com mais um acontecimento fantástico.

A descoberta anunciada hoje em várias conferências de imprensa é o assunto do dia, contada em detalhes nas seções de ciência dos principais portais de notícia do mundo. Ao invés de contar mais uma vez do que se trata a descoberta, preferi destacar alguns aspectos que acho extremamente interessantes nesse dia histórico.

Colisão de duas estrelas de nêutrons foi detectada por mais de 70 observatórios. Crédito: University of Warwick/Mark Garlick

Se você ainda não sabe o que aconteceu, recomendo passar antes na ótima matéria de Fábio de Castro aqui no Estadão, na nota de imprensa do Observatório Europeu do Sul (ESO), ou na nota de imprensa do Laboratório Interinstitucional de e-Astronomia (LIneA). Mas o que tornou a descoberta de hoje tão especial?


Pela primeira vez um fenômeno do ondas gravitacionais foi observado também em luz visível 

As detecções anteriores de ondas gravitacionais feitas pelo observatório LIGO (incluindo a primeira que acabou sendo premiada com o Nobel) foram eventos “escuros”, colisões de buracos negros que emitem pouquíssima luz. Ao contrário dos buracos negros, estrelas de nêutrons em colisão emitem uma quantidade considerável de energia na forma de radiação eletromagnética, o que as tornam possíveis de serem observadas com telescópios tradicionais.

O modesto telescópio Swope, inaugurado em 1971, foi o primeiro a encontrar a luz da colisão. Crédito: Trustees of the Carnegie Institution for Science

Quando o modesto telescópio Swope, de apenas 1 metro de diâmetro, localizou a fonte das ondas gravitacionais GW170817 apenas 11 horas depois da detecção do LIGO, na distante galáxia NGC 4993 (a 130 milhões de anos luz da Terra), uma nova era da astronomia começava. A chamada astronomia multi-mensageiro permite aos astrônomos estudar o Universo através de dois “olhos” completamente independentes: o gravitacional e o eletromagnético. A importância dessa possibilidade é colossal, pois envolve diretamente  duas interações fundamentais da Natureza e que fornecem informações complementares que certamente irão aumentar em muito o nosso entendimento de como o Universo funciona.

Esse pontinho luminoso na galáxia NGC 4993 é a fonte das ondas gravitacionais detectadas pelo LIGO em 17 de agosto. Crédito: ESO

Astrônomos do mundo inteiro se envolveram nessa descoberta 

Um dos aspectos mais emocionantes da descoberta anunciada hoje é de que ela é fruto de um imenso esforço coletivo, envolvendo literalmente milhares de cientistas, engenheiros e outros profissionais. Nas horas que se seguiram à detecção da GW170817 pelo LIGO, praticamente todos os principais observatórios na Terra e no espaço passaram a procurar de onde vinha o sinal.

O satélite de raios gama Fermi (aqui visto antes do lançamento) foi o primeiro telescópio a alertar os astrônomos de que algo extraordinário estava acontecendo no Universo. Crédito: NASA

Os primeiros a detectarem algo foram os satélites de raios gama Fermi e INTEGRAL, que emitiram um alerta automático segundos depois da passagem da onda gravitacional. Mas a precisão da localização desses satélites não foi suficiente. Foram os telescópios instalados no Chile que conseguiram encontrar o local onde as duas estrelas de nêutrons se fundiram e registrar o brilho efêmero desse cataclisma cósmico.

Esta carta celeste mostra a localização da fonte de ondas gravitacionais GW170817. Crédito: ESO, IAU e Sky & Telescope

À medida que a noite avançava rumo a Oeste, foi a vez dos astrônomos no Havaí assumirem a vigília, que continuou por semanas até que a luz da colisão se esvanecesse de vez.

No total, mais de 70 observatórios se envolveram no acompanhamento da GW170817, uma mobilização sem precedentes na história recente da Astronomia, talvez comparável apenas à supernova SN1987A e à colisão do cometa Shoemaker-Levy 9 com Júpiter em 1994.

Primeiras imagens da fonte de ondas gravitacionais GW170817 observadas por vários telescópios no solo e no espaço. Crédito: LIGO

Dado o enorme número de profissionais envolvidos nessas observações (apenas um dos artigos publicados hoje na Nature tem mais de 3500 autores!), chega a ser surpreendente que a notícia não tenha vazado antes à imprensa, embora rumores da descoberta já estivessem circulando na própria Nature na semana seguinte à detecção do LIGO.

Ficamos mais perto de entender a origem dos elementos pesados

A colisão das estrelas de nêutrons também ajudou a iluminar um assunto que permanecia há décadas sem solução: a formação de elementos pesados como ouro, platina e bário. Esses elementos não se formam nas reações nucleares comuns que acontecem nos interiores estelares, mas sim durante fenômenos explosivos, quando os núcleos atômicos mais leves ficam expostos a um fluxo intenso de nêutrons. O chamado processo-r foi proposto pela primeira vez em 1957 no seminal artigo “B2FH” (referência aos autores Geoffrey e Margart Burbidge, William Fowler e Fred Hoyle).

Concepção artística da colisão das duas estrelas de nêutrons, abalando a estrutura do espaço-tempo e despejando ouro e outros elementos químicos no espaço. Crédito: NSF/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet

Sabia-se que o processo-r ocorre em explosões estelares como supernovas, mas somente esse tipo de explosão não era suficiente para fornecer a quantidade observada de elementos como ouro e platina. Para tentar resolver este problema, foi proposto um outro tipo de explosão, também poderosa mas menos intensa que as supernovas. Chamadas de quilonovas, essas explosões seriam originárias da colisão de estrelas de nêutrons, justamente o que foi detectado pelo LIGO em agosto passado. A identificação de transições desses elementos nos espectros da GW170817 confirmou a hipótese da quilonova. De quebra, esse cenário ainda resolveu outro enigma da astrofísica, a origem das explosões de raios gama de curto período.

 

Os brasileiros também tiveram seu papel

Com tantos observatórios envolvidos no acompanhamento do fenômeno, é natural que tivéssemos a participação brasiliera nessa descoberta histórica. Além dos colaboradores brasileiros do Observatório LIGO, pelo menos dois outros grupos do país se envolveram.

Plano focal da câmera DECam, composta de 62 sensores de 520 megapixels cada. Crédito: DES

Uma das primeiras detecções da luz da colisão foi feita com a câmera DECam, operada pela colaboração Dark Energy Survey (DES) no Chile. Esta é uma câmera extremamente sensível e com um campo de visão muito amplo, destinada ao estudo de matéria e energia escura.

A astrofísica brasileira Marcelle Soares-Santos durante a conferência de imprensa do LIGO em Washington, D.C. Crédito: DES.

A brasileira Marcelle Soares-Santos, atualmente professora da Universidade Brandeis, nos EUA, foi uma das líderes da construção da DECam, e merecidamente participou do anúncio de hoje promovido pela colaboração LIGO nos EUA (veja a participação dela nesse vídeo). Marcelle comparou encontrar a fonte da GW170817 a achar uma agulha num palheiro, com a complicação de que a agulha estava sumindo, e o palheiro estava em movimento. Além de Marcelle, dezenas de outros pequisadores brasileiros fazer parte da DES.

Telescópio autônomo T80-Sul, localizado no Chile.

Outro instrumento brasileiro que detectou a fraca luz da colisão das estrelas de nêutrons foi o telescópio T-80, um telescópio automatizado instalado no Observatório Cerro Tololo no Chile e operado por um colaboração entre Brasil, Chile e Espanha.

Em suma, a descoberta anunciada hoje mostra o quão global a Astronomia pode ser quando se trata de explorar a fronteira do conhecimento humano. Um dia realmente histórico que ficará para sempre nos anais da Ciência.

Mais Ouro no Chile

Os telescópios chilenos encontraram ouro na distante NGC 4993. E foi também no Chile que um grupo brilhantes de jovens brasileiros foi buscar ouro. Na semana passada aconteceu em Antofagasta, no Chile, a nona edição da Olimpíada Latino Americana de Astronomia e Astronáutica (OLAA), uma competição acadêmica que neste ano reuniu 48 estudantes de 10 países da América Latina.

Equipe brasileira premiada na IX OLAA. Da esquerda para a direita: Henrique Oliveira, Bruno Piazza, Danilo Apendino, Fernando Senna e Miriam Koga. Crédito: Julio Klafke

O Brasil mais uma vez brilhou na OLAA, obtendo o melhor desempenho dentre todas as equipes: quatro premiações máximas (medalha de ouro), e uma medalha de prata.

A conquista é fruto de um longo processo de seleção e treinamento dos mais promissores talentos em Astronomia no país. Tudo começa com a prova de nível 4 (Ensino Médio) da Olimpíada Brasileira de Astronomia e Astronáutica (OBA). Os melhores desempenhos desta prova são convidados a participar de um processo seletivo em 3 fases e que dura quase um ano, levando à formação das equipes que disputam a OLAA e a Olimpíada Internacional de Astronomia e Astrofísica (IOAA).

Mês que vem é a vez da garotada da IOAA, que viaja à Tailândia para tentar trazer ao Brasil mais ouro olímpico com tempero astronômico.

Para o resto da semana

O videocast Céu da Semana, produzido pela Univesp TV, está contando a história das cartas celestes. Acompanhe no episódio dessa semana a curiosa obra do polonês Johannes Hevelius e das constelações que inventou.