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Ciência e Tecnologia

Raios gama ajudam a entender a formação do Universo

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Apenas uma pequena parcela do Universo é formada por matéria conhecida, composta por átomos e moléculas. Mais de 95% é energia escura e matéria escura, sobre as quais pouco se sabe. Mas, a depender de um grupo de cientistas brasileiros e da nova geração de instrumentos astronômicos, esse conhecimento deverá aumentar.

“Dessa pequena porção de matéria visível no Universo, a maior parte se encontra em um estado de plasma ou, mais especificamente, é composta de gás parcialmente ionizado permeado por campos magnéticos”, disse Elisabete de Gouveia Dal Pino, professora no Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas (IAG) da Universidade de São Paulo (USP).

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Planeta Terra (Foto: Nasa/NOAA)

Dal Pino falou sobre “Fenômenos em plasmas astrofísicos de alta energia e a próxima geração de observatórios de raios gama” na FAPESP Week New York, realizada em conjunto com a City University of New York (CUNY) e o Wilson Center de 26 a 28 de outubro no Graduate Center da CUNY.

“Nos últimos anos, avanços importantes nesse campo têm sido obtidos tanto a partir de estudos multidimensionais magneto-hidrodinâmicos, como por observações com detectores de raios gama de energia ultraelevada localizados no espaço e na superfície terrestre”, disse.

Métodos magneto-hidrodinâmicos constituem uma ferramenta poderosa para o estudo de fluidos condutores, como no caso dos plasmas.

A pesquisadora abordou progressos recentes na investigação de plasmas e de fenômenos de alta energia em sistemas astrofísicos por meio de computação de alta performance. Os estudos focam, por exemplo, processos físicos, como aceleração de partículas e radiação não térmica no entorno de fontes de buracos negros.

Dal Pino coordena um projeto apoiado pela FAPESP que tem permitido avançar o conhecimento sobre plasmas astrofísicos. Um dos destaques da pesquisa vem sendo o estudo da aceleração de raios cósmicos em regiões de reconexão magnética (leia mais em: http://agencia.fapesp.br/16720/).

No Departamento de Astronomia do IAG-USP, o grupo de Dal Pino estuda dinâmica de gás e fenômenos de alta energia em uma ampla variedade de sistemas astrofísicos, do Sol a aglomerados de galáxias, empregando principalmente métodos magneto-hidrodinâmicos.

“Em nossos estudos, utilizamos algoritmos numéricos sofisticados para realizar simulações numéricas multidimensionais de fontes astrofísicas e meios difusos envolvendo computação de alto desempenho, como, por exemplo, de discos de acreção e jatos supersônicos de buracos negros, incluindo microquasares, núcleos de galáxias ativas e surtos de raios gama, e também de objetos estelares jovens”, disse.

“Investigamos também a aceleração e propagação de raios cósmicos, ventos estelares e galácticos, o papel da turbulência e de campos magnéticos na formação de estrelas, a origem de campos magnéticos cósmicos e a astrofísica de raios gama”, disse Dal Pino, que integra o comitê de Astrofísica de Altas Energias da União Internacional de Física Pura e Aplicada.

Os raios gama são radiação eletromagnética de altíssima frequência produzidos por partículas relativísticas (raios cósmicos) interagindo com campos magnéticos, fótons de mais baixa frequência, ou partículas de menor energia do gás. Esse tipo de radiação muito energética é, em geral, produzido em processos astrofísicos de grande violência.

Para ampliar o conhecimento sobre a radiação gama, está em andamento a construção do Cherenkov Telescope Array (CTA), que será o maior observatório de raios gama do mundo, com um conjunto de 120 telescópios do tipo Cherenkov – capazes de detectar a radiação Cherenkov produzida quando um raio gama vindo do espaço incide na atmosfera da Terra cascateando em pares de elétrons e pósitrons. O CTA será 10 vezes mais sensível do que os melhores detectores de raios gama atuais nas faixas de energias de TeV (1015 eV) ou centenas de TeV.

“O CTA permitirá conhecer de forma inédita o Universo não térmico e de alta energia, com contribuições importantes para a Cosmologia, em particular sobre a origem da matéria escura, a Astrofísica, a Astropartícula e fenômenos de plasma”, disse Dal Pino.

A FAPESP apoia a participação de pesquisadores brasileiros no projeto por meio do Projeto Temático “Investigação de fenômenos de altas energias e plasmas astrofísicos: Teoria, Simulações Numéricas, Observações e Desenvolvimento de Instrumentação para o Cherenkov Telescope Array (CTA)”, coordenado por Dal Pino.

“Atualmente, estamos envolvidos diretamente, em parceria com instituições da Itália e da África do Sul, na construção do ASTRI. Trata-se de um conjunto de nove telescópios Cherenkov com espelhos de 4,3 metros de diâmetro que será o precursor do CTA”, disse Dal Pino.

O grupo de Dal Pino no IAG-USP é responsável pela construção de três dos nove telescópios do ASTRI.