Os cientistas exploram como gama

Jun 13, 2023

Após a assinatura do Tratado de Proibição de Testes Nucleares em 1963, cientistas americanos lançaram satélites com o objetivo de monitorar a Terra em busca de picos de raios gama, cuja emissão é o sinal revelador de um teste nuclear clandestino. No entanto, os cientistas ficaram surpresos quando encontraram rajadas de raios gama não da Terra, mas do espaço.

Esses picos transitórios de radiação não foram obra de extraterrestres detonando bombas nucleares. Eles eram a assinatura de uma explosão de raios gama, a explosão mais poderosa e perigosa do Universo. Esses eventos são tão mortais que, se ocorressem em qualquer lugar na vizinhança cósmica da Terra, esterilizariam o planeta. Para entender melhor o fenômeno, pesquisadores do laboratório CERN, na Europa, estão usando um poderoso acelerador de partículas para recriar em laboratório as condições intensas que caracterizam uma explosão de raios gama.

Acredita-se que uma explosão de raios gama se forma quando uma estrela massiva fica sem combustível nuclear e seu núcleo colapsa sobre si mesmo, formando um buraco negro. À medida que a estrela colapsa, ela forma campos magnéticos muito fortes, que impedem que parte do material da estrela caia no buraco negro. Esses campos magnéticos guiam parte desse material em direção aos pólos da estrela e depois o lançam no espaço quase à velocidade da luz.

O fluxo de material ejetado de cada polo é chamado de jato, e o próprio material é um plasma quente, resultado do aquecimento de um gás a tais extremos que ele perde alguns dos elétrons de seus átomos. Os jatos também incluem raios gama, juntamente com um intenso spray de elétrons e pósitrons (o equivalente de antimatéria dos elétrons). Os elétrons e pósitrons interagem com campos magnéticos de maneiras complexas.

Esses jatos de plasma são extremamente brilhantes. Em menos de um segundo, eles produzem tanta energia quanto o Sol emitirá em 10 bilhões de anos e podem ser facilmente detectados a bilhões de anos-luz de distância. Eles também são bastante mortais. De acordo com algumas teorias, se uma explosão de raios gama ocorresse a cerca de 200 anos-luz da Terra e os jatos fossem apontados diretamente para nós, nosso planeta seria vaporizado. A distâncias maiores, mas ainda na Via Láctea, a radiação esterilizaria toda a vida no lado da Terra apontado para a explosão.

Mesmo uma explosão de raios gama de mais de um bilhão de anos-luz de distância pode interromper a comunicação de rádio aqui na Terra. Eles são tão poderosos. Felizmente, essas rajadas são relativamente raras e os astrônomos não acreditam que nenhuma estrela nas proximidades da Terra seja candidata a gerar uma. No entanto, alguns cientistas acreditam que uma explosão de raios gama foi responsável pela extinção em massa do Ordoviciano-Siluriano há cerca de 440 milhões de anos, durante a qual cerca de 85% das espécies da época foram extintas.

Podemos descrever os mecanismos básicos que impulsionam as explosões de raios gama, mas os detalhes permanecem um mistério. É muito difícil para qualquer laboratório recriar a combinação necessária de campos magnéticos caóticos dentro de um plasma denso e muito quente. No entanto, os pesquisadores estão finalmente prestes a dar uma olhada nessas condições complicadas.

Cientistas do laboratório CERN na Europa criaram uma instalação que eles chamam de Fireball. O CERN é o principal laboratório de física de partículas da Europa, mais famoso por abrigar o Grande Colisor de Hádrons, o acelerador de partículas de maior energia do mundo. O Collider é o componente final de uma série de aceleradores de partículas menores. Cada acelerador aumenta a energia de um feixe de partículas em uma certa quantidade e então a passa para o próximo acelerador na cadeia. De muitas maneiras, isso é como as várias marchas de um automóvel – cada marcha é ajustada para uma determinada velocidade.

Um dos aceleradores do complexo Large Hadron Collider é chamado de super próton síncrotron. Nesse acelerador, os prótons atingem 99,9998% da velocidade da luz. Esses prótons são então disparados contra um alvo estacionário. Em um procedimento de várias etapas, eles são convertidos em um feixe de elétrons e pósitrons altamente energéticos. Finalmente, este feixe de elétrons/pósitrons é direcionado para um recipiente no qual um plasma quente é formado. (Isso não é tão perigoso quanto parece. Afinal, as lâmpadas fluorescentes contêm plasmas, assim como as bolas de plasma, que podem ser compradas em lojas de novidades.)