Raios cósmicos são criados em supernovas

15/02/2013
Por Heitor Shimizu, de Boston Agência FAPESP 

Raios cósmicos soam como itens típicos de filmes ou de livros de ficção científica, mas são ocorrências bem triviais. Estão em toda a galáxia e chegam à Terra de todos os lados, acertando a superfície do planeta e tudo o que nela se encontra. Agora, uma nova pesquisa acaba de confirmar a origem desse fenômeno. Os raios cósmicos nascem como resultado das violentas explosões de estrelas gigantes conhecidas como supernovas. A conclusão é de um estudo anunciado nesta quinta-feira (14/02), durante a reunião anual da American Association for the Advancement of Science (AAAS), em Boston, nos Estados Unidos. A pesquisa foi conduzida por um grupo internacional de cientistas, que analisou quatro anos de dados obtidos por meio do telescópio espacial de raios gama Fermi, da Nasa. É a primeira evidência considerada inequívoca da origem dos raios cósmicos. Os resultados da pesquisa também foram publicados na nova edição da revista Science. Os cientistas identificaram sinais de duas supernovas antigas (a W44, a 5 mil anos-luz da Terra, e a IC 443, a 10 mil anos-luz), cujas ondas de choques produzidas por suas explosões aceleraram prótons a velocidades próximas à da luz, transformando as partículas naquilo que se convencionou chamar de raios cósmicos. De acordo com o líder do estudo, o astrofísico alemão Stefan Funk, da Universidade Stanford e do Instituto Kavli para Partículas Astrofísicas e Cosmologia do Departamento de Energia dos Estados Unidos, quando esses prótons carregados de energia se chocam com prótons estáticos em meio a gás ou poeira estelar, o resultado é a produção de raios gama com características distintas. “Raios cósmicos não são exatamente raios, mas basicamente prótons. No entanto, não são todas as partículas subatômicas aceleradas em uma supernova que se transformam em raios cósmicos, e sim uma pequena parte”, disse Funk. De acordo com o cientista, prótons compõem mais de 90% dos raios cósmicos que atingem a atmosfera terrestre na forma de duchas de partículas, produzindo radiação. “Eles nos acertam o tempo todo, mas não fazem mal e correspondem a uma ínfima parte da radiação no planeta. Durante a história do Sistema Solar, porém, essas partículas têm sido muito importantes, tendo influenciado a evolução da galáxia”, disse Funk. 

“Uma característica que acho especial nos raios cósmicos é que eles têm origem a partir das maiores explosões em nossa galáxia, que aceleram as menores das partículas.” 

Píons 

Os cientistas há anos estipulavam que as duas fontes mais prováveis para a produção de raios cósmicos seriam explosões de supernovas na Via Láctea ou jatos de energia derivados de buracos negros além da galáxia. Isso por causa da dimensão dos fenômenos, uma vez que, para lançar partículas por toda a galáxia, a fonte teria que ter uma energia suficiente para tanto. Mas até o momento não haviam sido encontradas evidências que comprovassem essas suspeitas. A explosão estelar conhecida como supernova é capaz de irradiar energia equivalente à que o Sol emitirá durante toda a sua existência. As ondas de choque de uma supernova aceleram os prótons até os transformarem em raios cósmicos, em um processo no qual os prótons são presos nas regiões de choque – que se aceleram cada vez mais – por campos magnéticos. “As energias desses prótons estão muito além do que os maiores aceleradores de partículas da Terra, como o LHC, são capazes de produzir”, disse Funk. As colisões entre os prótons cada vez mais rápidos e prótons que se movem bem mais lentamente – e que ocorrem em nuvens de poeira e gás – levam à formação de partículas neutras conhecidas como píons. Essas partículas subatômicas – descobertas na década de 1940 pelo brasileiro Cesar Lattes, o italiano Giuseppe Occhialini e o britânico Cecil Powell –, por sua vez, decaem em raios gama, uma forma de luz altamente energética. E foi justamente esse decaimento com sua assinatura específica em raios gama que pode ser identificado por telescópios espaciais como o Fermi e comprovou a origem dos raios cósmicos. “Até agora, tínhamos apenas cálculos teóricos e o senso comum para nos guiar na ideia de que os raios cósmicos têm origem em supernovas. A detecção direta das assinaturas do decaimento dos píons em restos de supernova fecha o circuito, ao fornecer evidências observacionais de um componente significativo dos raios cósmicos”, disse Jerry Ostriker, da Universidade Columbia, também envolvido na descoberta. Na próxima etapa da pesquisa, o grupo tentará compreender os detalhes do mecanismo de aceleração e as energias máximas com que a explosão de uma supernova podem acelerar prótons. “É interessante destacar que essa descoberta ocorre no momento em que celebramos o 100o aniversário da descoberta dos raios cósmicos”, disse Roger Blandford, diretor do Kavli Institute, que participou da análise dos dados obtidos no Large Area Telescope do Fermi. O artigo Detection of the Characteristic Pion-Decay Signature in Supernova Remnants pode ser lido por assinantes da Revista Science

Projeto recupera acervo da Unicamp com sons dos animais

Por Elton Alisson

Jacques Vielliard, 

Agência FAPESP – Um dos maiores acervos do mundo de sons emitidos pelos animais – como o canto dos pássaros, o coachar dos sapos ou o cricrilar dos insetos – pertence à Fonoteca Neotropical Jacques Vielliard, do Instituto de Biologia (IB) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Muitas das vocalizações dessa coleção iniciada na década de 1960, no entanto, não dispõem de informações essenciais para os biólogos interessados em estudar o comportamento animal – como a temperatura e o índice pluviométrico no momento em que o som foi captado. Um estudo, realizado no Instituto de Computação (IC) da Unicamp, com apoio de Bolsa da FAPESP, pretende enriquecer as informações sobre as vocalizações reunidas na fonoteca, com dados climáticos e ambientais do dia, hora e local em que elas foram registradas. “Percebemos que, pelo fato de muitos registros da fonoteca serem antigos, diversas informações importantes sobre eles estavam faltando”, disse Daniel Cintra Cugler, autor do estudo, à Agência FAPESP.

Boa parte dos registros foi feita a partir dos anos 1960 pelo ornitólogo francês Jacques Vielliard, falecido em 2010, que era professor da Unicamp e dá nome à fonoteca. Segundo Cugler, a escassez de recursos tecnológicos da época dificultava o registro dos fatores climáticos que influenciam o comportamento animal no momento da captura dos sons. As vocalizações dos animais podem variar, por exemplo, com a temperatura, a estação do ano e a ausência ou presença de chuva. Os resultados do estudo poderão ajudar biólogos a fazerem análises mais precisas do comportamento de animais com base nos sons e a estabelecer estratégias de conservação de espécies em risco de extinção. “Os biólogos que fizeram as coletas em campo gravaram o som de um animal, mas provavelmente não tinham um termômetro para medir a temperatura do ar no momento. Por isso, só mencionaram o local onde o som foi registrado, sem informar, além da temperatura, a altitude do local, por exemplo”, explicou Cugler.

Ajuda de outras fontes

A fim de recuperar esses dados, Cugler começou a desenvolver um sistema no qual, ao dar as coordenadas do local, dia e horário em que a vocalização de um animal foi coletada, é possível obter da Nasa, a agência espacial norte-americana, informações como temperatura e velocidade do vento naquele instante. Os satélites da agência espacial registram há décadas imagens do globo terrestre. Divulgadas publicamente na internet, em um sistema que funciona 24 horas, as imagens possuem filtros com informações como os índices de raios ultravioleta (UV), umidade do solo e cobertura de vegetação de um determinado local no dia e horário em que a imagem foi capturada. Ao cruzar as informações de data, horário e localização de um registro de vocalização da fonoteca com os dados fornecidos pela Nasa, é possível obter uma enorme lista de variáveis climáticas da época. “Também podemos obter dados adicionais do Inpe [Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais] e da Embrapa [Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária] para melhorar ainda mais o conteúdo das variáveis climáticas”, disse Cluger. A partir da lista de variáveis climáticas obtidas dessas instituições, os pesquisadores envolvidos no projeto separam as informações importantes e atualizam os dados do acervo. “Temos que tomar muito cuidado com o que é adicionado a fim de preservar o histórico dos dados originais”, afirmou Cugler. O pesquisador encontra-se atualmente nos Estados Unidos, onde realiza parte do estudo na Universidade de Minnesota em colaboração com um grupo de pesquisadores especializados em dados espaciais. Além de associar as coordenadas dos registros de vocalização com o índice pluviométrico e a temperatura – as variáveis climáticas que mais influenciam o comportamento dos animais –, os pesquisadores também pretendem adicionar informações sobre outros fatores como, por exemplo, os abalos sísmicos eventualmente ocorridos na época, que estimulam a vocalização de determinados animais, como os elefantes. “O propósito da pesquisa é fazer uma análise espacial dos registros de vocalizações de animais que compõem a fonoteca”, disse Cugler. “Se conseguirmos correlacionar o ponto onde o registro foi coletado com as variáveis ambientais, os biólogos poderão fazer pesquisas melhores e de forma mais rápida”, afirmou.

e-Science

O trabalho de Cugler integra uma série de iniciativas de aprimoramento da Fonoteca, realizadas nos últimos anos sob a coordenação da professora Claudia Bauzer Medeiros, do IC da Unicamp, que orienta o trabalho de Cugler, e de Luís Felipe de Toledo Ramos Pereira, pesquisador colaborador do Museu de Zoologia do IB e um dos curadores do acervo. Pereira realiza atualmente um projeto, no âmbito do programa Jovens Pesquisadores em Centros Emergentes da FAPESP, e uma pesquisa em conjunto com cientistas da Universidade de Michigan que é apoiada por meio de um acordo entre a FAPESP e a National Science Foundation (NSF). Resultado de uma cooperação entre pesquisadores do IC e do IB da Unicamp, as iniciativas de aprimoramento da Fonoteca visam recuperar e melhorar o gerenciamento, compartilhamento e enriquecimento dos dados da coleção por meio do uso de ferramentas computacionais. E integram um projeto, apoiado pela FAPESP por meio de um acordo com a Microsoft Research. “Esse tipo de trabalho exemplifica o que se chama de e-Science: a pesquisa cooperativa entre cientistas de computação e pesquisadores de outras áreas do conhecimento para que estes desenvolvam seus trabalhos de forma melhor, mais rápida ou até mesmo diferente”, disse Cugler. A maior parte das informações do acervo – composto por cerca de 40 mil vocalizações de todos os grupos de vertebrados e de alguns grupos de invertebrados, como insetos e aracnídeos – estava armazenada em planilhas eletrônicas. Por meio do projeto, os pesquisadores começaram nos últimos anos a transferir as informações para um banco de dados, a fim de facilitar a recuperação e o gerenciamento deles, e a digitalizar os registros – gravados, em grande parte, em fitas magnéticas.

Na internet

No fim de 2011, foi colocado no ar um website (proj.lis.ic.unicamp.br/fnjv) com mais de 11 mil vocalizações do acervo já digitalizadas, com o objetivo de compartilhá-las e disponibilizá-las para a comunidade científica da área e interessados nesse “gênero musical”. O site já foi acessado por usuários de mais de 60 países. “Os registros de vocalizações disponibilizadas no site ainda não possuem as informações climáticas que estamos recuperando. Em breve pretendemos atualizar a base de dados com novas informações”, afirmou Cugler. Atualmente, o website permite o acesso às vocalizações para pesquisadores autorizados e o acesso público às informações gerais relacionadas a elas, como o nome da espécie e o local, dia e horário em que o som foi capturado ou as condições de gravação. Os pesquisadores e o público em geral também podem solicitar aos curadores do acervo, por meio de um formulário eletrônico, os sons digitalizados. Além de gravações de sons de animais mais comuns, como pardal e sabiá-laranjeira, o acervo possui vocalizações mais raras, que poucas pessoas conseguiram gravar na natureza, como as de uma onça-parda. “O acervo preservou vocalizações gravadas em lugares onde as condições ecológicas hoje não são mais as mesmas. Dessa forma, ele conserva uma parte preciosa do passado da biodiversidade”, avaliou Cugler.