LOFAR revela as frequências mais baixas do Universo rádio

As frequências mais baixas do Universo rádio acabam de ser reveladas com uma nitidez espectacular.

Uma equipa de astrónomos recorreu a uma nova técnica de calibração para obter as primeiras imagens detalhadas do Universo rádio na gama de frequências entre 16 e 30 megahertz - um feito antes considerado impossível devido às turbulentas interferências geradas pela ionosfera terrestre.

"É como pôr óculos pela primeira vez e deixar de ver tudo desfocado", afirma o astrónomo Christian Groeneveld, da Universidade de Leiden, nos Países Baixos, que liderou a investigação.

Os desafios de observar o Universo rádio

Observar o Universo com olhos de rádio envolve desafios interessantes, mesmo nas melhores circunstâncias.

Na extremidade mais baixa do espectro electromagnético, a faixa rádio é composta pelas ondas mais longas, capazes de atravessar a atmosfera terrestre. Contudo, como os sinais são frequentemente bastante fracos e os comprimentos de onda são muito grandes, as antenas usadas para os detectar também têm de ter dimensões consideráveis.

Por isso, colocar um radiotelescópio no espaço não é uma forma economicamente eficaz de estudar o céu rádio, e a maioria destes instrumentos foi instalada e é operada na Terra. Porém, no intervalo de frequências decamétricas, abaixo dos 30 megahertz, isto significava que não conseguíamos observar o que existe com grande detalhe.

A causa é a ionosfera, que dispersa as ondas de rádio de baixa frequência de forma tão eficiente que estas chegam fortemente degradadas. A quantidade variável de electrões na ionosfera provoca atrasos de fase variáveis na frente de onda de baixa frequência; além disso, as interacções entre os electrões e os campos magnéticos da ionosfera podem fazer rodar as ondas de rádio. O resultado são imagens muito desfocadas e sem definição.

Este tem sido um problema desde que existe radioastronomia. No entanto, em 2004, os astrónomos previram que talvez fosse possível alcançar uma resolução muito superior com projectos como o LOFAR, uma rede de radiotelescópios que, naquela altura, ainda estava por construir.

LOFAR e a nova calibração da ionosfera

Actualmente, o LOFAR é o maior radiotelescópio do mundo e observa o Universo nas frequências mais baixas que conseguimos captar a partir da Terra. Mas a ionosfera continua a colocar o mesmo velho obstáculo, levando Groeneveld e os seus colegas a procurar uma forma de corrigir a respectiva interferência.

A estratégia de calibração funciona de modo semelhante à óptica adaptativa, que utiliza uma estrela-guia para ajudar os telescópios ópticos a corrigirem os efeitos da distorção atmosférica. Neste caso, os investigadores usaram as próprias fontes de rádio como alvos de calibração, obtendo uma sensibilidade e uma resolução uma ordem de grandeza superiores às de observações decamétricas anteriores.

A técnica não é perfeita: na nova imagem, irradiam linhas em torno das fontes de rádio, porque a ionosfera faz a fonte parecer deslocar-se. A calibração localizou a fonte com maior precisão, mas persistem alguns artefactos da influência ionosférica. Trata-se de algo que poderá ser aperfeiçoado em trabalhos futuros.

Novos detalhes sobre aglomerados de galáxias e buracos negros

Ainda assim, os resultados da equipa atingem um grau de precisão que revela pormenores nunca antes observados. A emissão de rádio de alta e baixa frequência é produzida por processos e objectos diferentes; ao estudar aglomerados de galáxias que até então só tinham sido observados em ondas de rádio de alta frequência, verificou-se que a emissão não se distribui uniformemente, apresentando antes um padrão algo pontilhado.

As erupções de buracos negros muito distantes também produzem ondas de rádio de baixa frequência. Assim, a nova técnica proporciona aos astrónomos uma ferramenta muito melhor para compreender a acreção em buracos negros no Universo primitivo.

Por agora, sabemos que a técnica funciona. Os investigadores estão a processar mais dados e esperam, no futuro, cartografar todo o céu setentrional na faixa decamétrica. E, como salienta Groeneveld, "Existe, naturalmente, a possibilidade de acabarmos por descobrir algo inesperado."

Sim, por favor.

A investigação foi publicada na Nature Astronomy.