Como as ondas de rádio nos ajudam a entender o universo

Os seres humanos percebem o universo usando a luz visível que podemos ver com nossos olhos. No entanto, há mais no cosmos do que o que vemos usando a luz visível que flui de estrelas, planetas, nebulosas e galáxias. Esses objetos e eventos no universo também emitem outras formas de radiação, incluindo emissões de rádio. Esses sinais naturais preenchem uma parte importante do cósmico de como e por que os objetos no universo se comportam como eles.

Ondas de rádio são ondas eletromagnéticas (luz), mas não podemos vê-las. Eles têm comprimentos de onda entre 1 milímetro (milésimo de metro) e 100 quilômetros (um quilômetro é igual a mil metros). Em termos de frequência, isso é equivalente a 300 Gigahertz (um Gigahertz é igual a um bilhão de Hertz) e 3 kilohertz. Um Hertz (abreviado como Hz) é uma unidade de medida de frequência comumente usada. Um Hertz é igual a um ciclo de frequência. Portanto, um sinal de 1 Hz é um ciclo por segundo. A maioria dos objetos cósmicos emitem sinais de centenas a bilhões de ciclos por segundo.

As pessoas freqüentemente confundem as emissões de "rádio" com algo que as pessoas podem ouvir. Isso ocorre principalmente porque usamos rádios para comunicação e entretenimento. Mas, os humanos não "ouvem" frequências de rádio de objetos cósmicos. Nossos ouvidos podem detectar frequências de 20 Hz a 16.000 Hz (16 KHz). A maioria dos objetos cósmicos emitem nas frequências Megahertz, muito mais altas do que o ouvido ouve. É por isso que a radioastronomia (junto com os raios-x, ultravioleta e infravermelho) costuma revelar um universo "invisível" que não podemos ver nem ouvir.

As ondas de rádio geralmente são emitidas por objetos e atividades energéticas no universo. o Sol é a fonte mais próxima de emissões de rádio além da Terra. Júpiter também emite ondas de rádio, assim como os eventos que ocorrem em Saturno.

Uma das fontes mais poderosas de emissão de rádio fora do sistema solar e além da Via Láctea vem de galáxias ativas (AGN). Esses objetos dinâmicos são alimentados por buracos negros supermassivos em seus núcleos. Além disso, esses motores de buraco negro criarão jatos maciços de material que brilham intensamente com as emissões de rádio. Estes podem muitas vezes ofuscar toda a galáxia em frequências de rádio.

Pulsares, ou estrelas rotativas de nêutrons, também são fortes fontes de ondas de rádio. Esses objetos fortes e compactos são criados quando estrelas massivas morrem supernovas. Eles perdem apenas para os buracos negros em termos de densidade final. Com campos magnéticos poderosos e taxas de rotação rápidas, esses objetos emitem um amplo espectro de radiação, e eles são particularmente "brilhantes" no rádio. Como buracos negros supermassivos, poderosos jatos de rádio são criados, emanando dos pólos magnéticos ou da estrela giratória de nêutrons.

Muitos pulsares são referidos como "rádio pulsares" devido à sua forte emissão de rádio. De fato, os dados do Telescópio espacial de raios gama Fermi mostraram evidências de uma nova geração de pulsares que parece mais forte em raios gama, em vez do rádio mais comum. O processo de criação continua o mesmo, mas suas emissões nos dizem mais sobre a energia envolvida em cada tipo de objeto.

Os remanescentes de supernova podem ser emissores particularmente fortes de ondas de rádio. A Nebulosa do Caranguejo é famosa por seus sinais de rádio que astrônomo alertado Jocelyn Bell a sua existência.

Radioastronomia é o estudo de objetos e processos no espaço que emitem radiofrequências. Todas as fontes detectadas até o momento são naturais. As emissões são captadas aqui na Terra por radiotelescópios. Estes são instrumentos grandes, pois é necessário que a área do detector seja maior que os comprimentos de onda detectáveis. Como as ondas de rádio podem ser maiores que um metro (às vezes muito maiores), os escopos geralmente ultrapassam vários metros (às vezes 30 pés de diâmetro ou mais). Alguns comprimentos de onda podem ser tão grandes quanto uma montanha e, assim, os astrônomos construíram séries extensas de radiotelescópios.

Quanto maior a área de coleta, comparada ao tamanho da onda, melhor a resolução angular de um radiotelescópio. (Resolução angular é uma medida de quão perto dois objetos pequenos podem estar antes de serem indistinguíveis.)

Como as ondas de rádio podem ter comprimentos de onda muito longos, os radiotelescópios padrão precisam ser muito grandes para obter qualquer tipo de precisão. Mas como a construção de radiotelescópios do tamanho de estádios pode custar um custo proibitivo (especialmente se você quiser possuam qualquer capacidade de direção), é necessária outra técnica para alcançar o resultados.

Desenvolvida em meados da década de 1940, a interferometria de rádio visa atingir o tipo de resolução angular que viria de pratos incrivelmente grandes sem a despesa. Os astrônomos conseguem isso usando vários detectores em paralelo entre si. Cada um estuda o mesmo objeto ao mesmo tempo que os outros.

Trabalhando juntos, esses telescópios agem efetivamente como um telescópio gigante do tamanho de todo o grupo de detectores juntos. Por exemplo, o Very Large Baseline Array possui detectores separados por 13.000 quilômetros. Idealmente, uma série de muitos radiotelescópios em diferentes distâncias de separação funcionaria em conjunto para otimizar o tamanho efetivo da área de coleta e melhorar a resolução do instrumento.

Com a criação de tecnologias avançadas de comunicação e tempo, tornou-se possível o uso de telescópios que existem a grandes distâncias um do outro (de vários pontos ao redor do globo e até em órbita ao redor da Terra). Conhecida como Interferometria de Linha de Base Muito Longa (VLBI), essa técnica melhora significativamente a recursos de radiotelescópios individuais e permite aos pesquisadores sondar algumas das mais dinâmicas objetos no universo.

A banda de ondas de rádio também se sobrepõe à banda de microondas (1 milímetro a 1 metro). De fato, o que é comumente chamado radioastronomia, é realmente astronomia por microondas, embora alguns instrumentos de rádio detectem comprimentos de onda muito além de 1 metro.

Isso é uma fonte de confusão, pois algumas publicações listam a banda de microondas e as faixas de rádio separadamente, enquanto outros simplesmente usarão o termo "rádio" para incluir a banda de rádio clássica e o microondas banda.

Editado e atualizado por Carolyn Collins Petersen.