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As tempestades tropicais produzem dois tipos diferentes de radiação forte: os chamados flashes de raios gama terrestres (TGFs) e os brilhos de raios gama. Embora os dois envolvam acelerações de elétrons a velocidades próximas à da luz, os TGFs são mais rápidos e mais energéticos, enquanto os brilhos são menos intensos e mais duradouros.
Recentemente, uma equipe internacional de pesquisadores, usando aviões da NASA, descobriu um terceiro tipo de emissão de raios gama, chamado de "elo perdido". Essa irradiação é mais curta em duração do que os brilhos constantes e mais longa do que as TGFs, e foi batizada pelos pesquisadores como flash de raios gama oscilante (FGF na sigla em inglês).
Além de produzir novos insights sobre os mecanismos que geram os raios, a descoberta dessa terceira via aprimora a compreensão dos cientistas sobre a radiação emitida pelas nuvens de tempestade. O resultado prático disso é a elaboração de estimativas mais precisas do risco de tempestades elétricas para pessoas, aeronaves e espaçonaves.
Como a radiação gama se forma durante as tempestades?
O processo de formação de radiação gama durante as tempestades é velho conhecido dos cientistas. Quando as tempestades começam, as dinâmicas internas se tornam extremamente energéticas devido à movimentação intensa de ar, água e partículas de gelo que, subindo e descendo, provocam um processo de separação de cargas elétricas.
Dessa forma, as cargas positivas tendem a se concentrar no topo da tempestade, enquanto as cargas negativas descem, criando um campo elétrico incrivelmente intenso. Esse ambiente de altíssima energia provoca aceleração em partículas carregadas, principalmente elétrons, que, ao colidir com moléculas do ar, provocam uma reação em cadeia.
Ou seja, cada colisão libera mais elétrons e o processo se amplifica a ponto de criar condições para reações nucleares complexas, como as que só ocorrem em aceleradores de partículas ou reatores nucleares. Isso inclui energia cinética capaz de ionizar átomos, arrancando prótons e nêutrons dos seus núcleos atômicos, e gerar partículas de alta energia, como raios gama, antimatéria e outras formas de radiação.
Investigando as tempestades com raios gama
Coautor da pesquisa atual, Steve Cummer, professor da universidade de Duke, nos EUA, explica em um comunicado que “Algumas campanhas de aeronaves tentaram descobrir se esses fenômenos eram comuns ou não, mas houve resultados mistos, e várias campanhas sobre os EUA não encontraram nenhuma radiação gama”.
Para esclarecer o mistério, os autores usaram uma aeronave científica aerotransportada de alta altitude ER-2 da NASA, na verdade, um avião espião U2 adaptado. Relíquia da Guerra Fria, esse avião consegue voar duas vezes mais alto que aviões comerciais e menos de cinco quilômetros acima da maioria das tempestades. Sua velocidade permitiu selecionar tempestades mais promissoras para o estudo.
Após um mês de voos, o avião espião sobrevoou dez grandes tempestades tropicais no sul da Flórida, conseguindo detectar radiação gama em nove delas. Segundo o coautor Martino Marisaldi, da Universidade de Bergen, na Noruega, a imagem das tempestades com brilho gama "se assemelha à de uma enorme panela fervente com brilho gama, tanto em padrão quanto em comportamento".
Qual a avaliação da pesquisa sobre raios?
Para Marisaldi, foi uma grande surpresa quando os flashes de raios, "quase impossíveis de detectar no espaço", se revelaram totalmente visíveis a 20 quilômetros de altitude. Foram identificados nada menos do que 25 novos flashes, com duração entre 50 e 200 milissegundos, um recorde na compreensão de fenômenos atmosféricos de alta energia.
Também autor, o físico Joseph Dwyer, da Universidade de New Hampshire, nos EUA, destacou a importância dessas descobertas para a compreensão do funcionamento das tempestades. A abundância de rajadas rápidas e os flashes de duração intermediária “estão nos dizendo algo sobre como as tempestades funcionam, o que é realmente importante porque as tempestades produzem raios que ferem e matam muitas pessoas”.
Outra surpresa, o uso do antigo avião em vez de satélites superou as limitações destes e se mostrou muito eficaz. Segundo o cientista da NASA, Timothy Lang, uma prova de que a pesquisa superou todas as expectativas foi a identificação de mais de 100 flashes.
As descobertas foram descritas em dois artigos publicados recentemente na Nature.
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