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Poeira de diamante brilhante que paira no espaço pode resolver mistério de 20 anos

Diamantes microscópicos giratórios poderiam explicar brilho incomum de micro-ondas

ESA/NASA/JPL-Caltech
Uma visão da Via Láctea em micro-ondas capturada pelo satélite Planck.
Quando os  astrônomos pela primeira vez espreitaram o cosmo à luz do comprimento de micro-ondas, logo perceberam ter encontrado uma janela para observar a fase inicial do Universo. Afinal, a radiação cósmica de fundo - brilho nebuloso do Big Bang lançado quando o Universo tinha apenas 380 mil anos - permitiu aos cientistas responder perguntas fundamentais sobre nossa origem. Mas a luz de micro-ondas também nos aproximou de um intrigante mistério. Em 1996, astrônomos notaram um excesso inexplicável de micro-ondas emanando de nossa galáxia. Por mais de 20 anos, essa chamada emissão anômala de micro-ondas permaneceu um enigma - até hoje. Um novo estudo publicado na revista Nature Astronomy sugere que nano-diamantes giratórios podem ser osculpados.

Há dez anos, enquanto estudava sistemas planetários embrionários que se formavam a partir de turbilhões de gás e poeira em volta de jovens estrelas, a astrônoma Jane Greaves, da Universidade de Cardiff, notou que alguns desses sistemas possuíam micro-ondas brilhando suavemente. No início, ela atribuiu o brilho à falhas em seus dados, mas depois reconsiderou após ouvir a conversa de um colega sobre a emissão anômala de micro-ondas. Voltando ao telescópio, ela e seus colegas monitoraram 14 sistemas estelares jovens em busca de misteriosas emissões de micro-ondas, finalmente encontrando três que irradiavam esse brilho revelador. Esses três sistemas são os únicos, dentro da amostra de Greaves, conhecidos por abrigar nano-diamantes - cristais em formato de pirâmide, feitos de apenas algumas centenas de átomos de carbono, enfeitados com uma camada brilhante, da espessura de um átomo, de hidrogênio congelado, provavelmente acumulada a partir do meio interestelar. "Essa é uma pista da natureza nos dizendo que os nano-diamantes são os responsáveis pelas micro-ondas anômalas", diz ela.

Mas como objetos tão minúsculos emitem micro-ondas tão poderosas que podem ser vislumbradas através de centenas de milhares de anos-luz? A artimanha é que nossa galáxia é um local turbulento, no qual as marés e ventos gerados pelos movimentos e atividades das estrelas fazem com que qualquer objeto pequeno - seja um grão de poeira, uma molécula pesada ou até mesmo um pequeno diamante - balance e gire, sendo empurrado por outras partículas que colidem com ele. Se esse objeto possuir uma carga elétrica assimétrica (quando um lado tem um pouco mais de carga do que o outro), seu giro pode emitir radiação eletromagnética na forma de micro-ondas. Discos em torno de estrelas recém-nascidas hospedam partículas especialmente velozes, amplificando ainda mais esse efeito.

Inicialmente, os astrônomos suspeitavam que os objetos minúsculos responsáveis pelo brilho fossem moléculas orgânicas chamadas hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs) - na verdade, o equivalente cósmico da fuligem, embora produzidos por estrelas envelhecidas ao invés de chaminés. Bruce Draine, astrônomo da Universidade de Princeton que não participou do estudo, defendia que os PAHs eram os principais candidatos para a anomalia das micro-ondas, mas não tinha provas suficientes. Então, ele e seus colegas procuraram por mais evidências, comparando mapas de distribuição de PAHs e micro-ondas anômalas em toda a Via Láctea. Uma sobreposição entre os mapas de regiões de alta densidade e baixa densidade teria sido um indício de que os PAHs eram os culpados.

"Para nossa surpresa, nenhuma conexão foi encontrada", diz Draine. Seu estudo de 2016 declarou que os PAHs não estavam envolvidos na emissão e ela voltou a ser um mistério. Pelo menos até que Greaves e seus colegas relataram suas novas descobertas. Draine acha a hipótese dos nano-diamantes fascinante, mas observa que a correlação entre os brilhos de micro-ondas e os nano-diamantes nos discos das três estrelas pode ser mera coincidência.

Embora Greaves e seus colegas tenham calculado que as chances de uma associação casual sejam de apenas 0,01%, esse cálculo pressupõe que todas as estrelas foram observadas em pé de igualdade, sem qualquer possível viés. Mas Aigen Li, um astrônomo da Universidade de Missouri, que não participou do estudo, teme que possa existir uma predisposição a esse resultado devido ao fato de nem todas as estrelas terem a mesma temperatura. Os nano-diamantes geralmente são visíveis para astrônomos que se encontram na Terra apenas quando estrelas extremamente quentes estão circulando, diz ele, o que significa que poderiam facilmente haver outras estrelas hospedeiras de nano-diamantes dentro da amostra da Greaves que não emitiram micro-ondas anômalas.

Clive Dickinson, astrônomo da Universidade de Manchester, na Inglaterra, que não participou do trabalho, expressa preocupações semelhantes. Ele argumenta que as estrelas quentes tendem a ionizar o gás ao redor delas criando plasma - nuvens de partículas carregadas que podem emitir radiação de micro-ondas enquanto realizam suas órbitas ao redor da estrela. Sem criar uma maneira de identificar esse efeito, devido a sua semelhança, ele poderia ser confundido com as emissões de micro-ondas anômalas.

Para reforçar sua hipótese dos nano-diamantes, Greaves e sua equipe tentarão observar tanto a emissão anômala de micro-ondas quanto os nano-diamantes em ambientes mais frios e menos suspeitos, como as nuvens geladas de gás interestelar e poeira que permeiam nossa galáxia.

Se os nano-diamantes forem validados como verdadeira fonte de micro-ondas anômalas, os mapas de nano-diamantes se tornarão cruciais em toda a Via Láctea para os cientistas que desejarem eliminar os efeitos contaminadores e realizar estudos mais precisos da radiação cósmica de fundo, revelando segredos profundos sobre a gênese do Universo. De certa forma, diz Anna Scaife, uma das autoras e astrônoma da Universidade Manchester, a importância vital da anomalia de micro-ondas para tais estudos faz com que o fato de os astrônomos desconsiderarem os nano-diamantes como sua fonte seja ainda mais surpreendente. "Na maior parte do tempo, em astrofísica, estamos estreitando detalhes de coisas que já entendemos no panorama geral. Essa é uma associação completamente nova", diz ela. "Isso é realmente uma mudança em direção a um novo pensamento, em vez de apenas um acréscimo a algo que já conhecemos."

Shannon Hall

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