Uma única panqueca pode capturar onde você enfia um canudo nela, mas é necessária uma pilha inteira para registrar a direção do canudo. Da mesma forma, os pesquisadores da Universidade de Kobe conseguiram visualizar com precisão um pulsar emissor de raios gama (os faróis do céu) com uma pilha de filmes sensíveis à radioatividade em um balão. Para poder determinar a orientação da gôndola suspensa em relação às estrelas, eles adicionaram uma câmera estelar e um dispositivo para registrar a data e hora dos impactos dos raios gama. Crédito: Universidade de Kobe
Uma pilha de filmes sensíveis à radioatividade, transportada pelo céu por um balão, foi capaz de tirar a imagem mais precisa do mundo de um Estrêla de Neutrónsfeixe de raios gama. Este feito foi realizado por pesquisadores da Universidade de Kobe, que fundiram as primeiras técnicas de detecção de radiação radioativa com tecnologias avançadas de captura de dados e um dispositivo inovador de registro de tempo.
As estrelas brilham sobre nós em toda a gama do espectro de luz, do infravermelho aos raios gama. Para cada uma dessas bandas é necessário um equipamento de detecção diferente. O mais desafiador são os raios gama, famosos por serem um produto de alta energia da fissão nuclear, porque seu comprimento de onda muito curto significa que eles não interagem com a matéria da mesma forma que outras formas de luz e, portanto, não podem ser desviados. com lentes ou detectado por sensores padrão. Assim, existe uma lacuna na nossa capacidade de detectar a luz proveniente de objetos estelares fascinantes, como supernovas e seus remanescentes.
O balão que transporta a gôndola com o telescópio decola de Alice Springs, na Austrália. Crédito: colaboração GRAINE
Abordagem Inovadora Usando Filmes Fotográficos
Para resolver esse problema, o astrofísico Aoki Shigeki da Universidade de Kobe e sua equipe recorreram ao primeiro material usado para detectar radioatividade, filmes fotográficos. “Nosso grupo tem se concentrado na excelente capacidade do filme de emulsão de rastrear raios gama com alta precisão e propôs que ele poderia se tornar um excelente telescópio de raios gama, introduzindo vários recursos modernos de captura e análise de dados”, explica Aoki.
Com base na alta sensibilidade desses filmes e em um novo processo automatizado e de alta velocidade para extrair dados deles, a ideia dos físicos era empilhar alguns deles para capturar com precisão a trajetória das partículas produzidas pelos raios gama. no impacto, assim como uma única panqueca pode capturar onde você enfia um canudo nela, mas é necessária uma pilha inteira para registrar a direção do canudo.
Uma seção do filme de emulsão após revelação. Os vestígios das partículas produzidas pelos impactos dos raios gama podem ser vistos como pequenos pontos acinzentados por todo o plano. Crédito: colaboração GRAINE
Para reduzir a interferência atmosférica, montaram então a pilha de filmes num balão de observação científica para elevá-lo a uma altura entre 35 e 40 quilómetros. Porém, como um balão balança e gira com o vento, a direção do “telescópio” não é estável, então eles adicionaram um conjunto de câmeras para registrar a orientação da gôndola em relação às estrelas a qualquer momento.
Mas isto criou outro problema, porque, como sabe qualquer pessoa que já tenha tirado uma fotografia com longa exposição, o filme fotográfico não regista a passagem do tempo e, por isso, não é diretamente possível saber a que horas ocorreu um determinado impacto de raios gama. Para superar esse problema, eles fizeram as três camadas inferiores do filme se moverem para frente e para trás em velocidades regulares, mas diferentes, como os ponteiros de um relógio. A partir do deslocamento relativo dos traços nessas placas inferiores, eles poderiam então calcular o momento preciso do impacto e assim correlacioná-lo com as imagens das câmeras.
Imagem inovadora do Vela Pulsar
Eles já publicaram a primeira imagem resultante desta configuração na revista O Jornal Astrofísico. É a imagem mais precisa já produzida da Vela pulsar, uma estrela de nêutrons de rotação rápida que projeta um feixe de raios gama no céu como um farol à noite. “Capturamos um total de vários trilhões de faixas com um precisão de 1/10.000 milímetros. Ao adicionar informações de tempo e combiná-las com informações de monitoramento de atitude, fomos capazes de determinar ‘quando’ e ‘onde’ os eventos se originaram com tal precisão que a resolução resultante foi mais de 40 vezes maior que a dos telescópios convencionais de raios gama,” Aoki resume as conquistas de seu grupo.
A imagem do pulsar Vela. A imagem tem uma resolução mais de 40 vezes melhor do que a que poderia ser alcançada anteriormente: O círculo no canto inferior esquerdo indica a propagação da imagem do pulsar para comparação com a propagação da imagem da melhor imagem de raios gama anteriormente (de um objeto estelar diferente), indicada pelo círculo tracejado. Crédito: colaboração GRAINE
Embora estes resultados já sejam impressionantes, a nova técnica abre a possibilidade de capturar mais detalhes nesta banda de frequência de luz do que nunca. O pesquisador da Universidade de Kobe explica: “Por meio de experimentos científicos em balões, podemos tentar contribuir para muitas áreas da astrofísica e, em particular, abrir a telescopia de raios gama para a ‘astronomia multi-mensageira’, onde medições simultâneas do mesmo evento capturado através de diferentes técnicas são necessários. Com base no sucesso do experimento com balão de 2018 com o qual os dados foram gerados, expandiremos a área e o tempo de observação nos próximos voos de balão e estamos ansiosos por avanços científicos no campo da astronomia de raios gama.”
Referência: “Primeira imagem de telescópio de raios γ de emulsão do Vela Pulsar pelo experimento GRAINE 2018 Balloon-borne” por Satoru Takahashi, Shigeki Aoki, Atsushi Iyono, Ayaka Karasuno, Kohichi Kodama, Ryosuke Komatani, Masahiro Komatsu, Masahiro Komiyama, Kenji Kuretsubo , Toshitsugu Marushima, Syota Matsuda, Kunihiro Morishima, Misaki Morishita, Naotaka Naganawa, Mitsuhiro Nakamura, Motoya Nakamura, Takafumi Nakamura, Yuya Nakamura, Noboru Nakano, Toshiyuki Nakano, Kazuma Nakazawa, Akira Nishio, Miyuki Oda, Hiroki Rokujo, Osamu Sato, Kou Sugimura, Atsumu Suzuki, Mayu Torii, Saya Yamamoto e Masahiro Yoshimoto, 21 de dezembro de 2023, O Jornal Astrofísico.
DOI: 10.3847/1538-4357/ad0973
Este trabalho foi apoiado pelas bolsas JSPS KAKENHI 17H06132, 18H01228 e 18K13562. Foi conduzido em colaboração com pesquisadores da Universidade de Ciências de Okayama, Universidade de Educação de Aichi, Universidade de Nagoiae Universidade de Gifu.
