Tempestades acendem um “caldeirão fervente” de raios gama

Acima do topo das nuvens, as tempestades produzem um espetáculo complexo e frenético de radiação de alta energia.

Uma visão a partir de um avião espião reformado, voando a 20 quilômetros de altitude, revelou tempestades brilhando e cintilando em raios gama — uma forma de luz de altíssima energia invisível aos olhos humanos. Dez sobrevoos realizados pela aeronave ER-2 da NASA registraram o piscar dessas explosões de raios gama em diferentes escalas de tempo e intensidades, sugerindo que essas emissões são mais complexas e mais comuns do que se pensava. O estudo também identificou um tipo completamente novo de explosão de raios gama, chamado pelos pesquisadores de “flash gama trêmulo”.

“Estou absolutamente impressionado”, diz o físico David Smith, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, que não participou da pesquisa. Segundo ele, trata-se dos dados mais importantes na área em mais de uma década.

Os cientistas já conheciam dois tipos principais de emissões de raios gama associadas a tempestades. As explosões curtas e intensas, chamadas de relâmpagos terrestres de raios gama, são tão brilhantes que podem ser vistas do espaço e duram apenas frações de milissegundo. Já as emissões mais longas e mais fracas são conhecidas como brilhos de raios gama. Durante os voos, os pesquisadores observaram ambos os tipos.

Os brilhos, no entanto, mostraram-se inesperadamente contínuos e amplos. Eles persistiram por horas, cobriram milhares de quilômetros quadrados e foram observados em nove dos dez voos da aeronave, relatam o físico Nikolai Ostgaard e seus colegas em 3 de outubro na revista Nature.

“É surpreendente”, afirma o físico Ningyu Liu, da Universidade de New Hampshire, que não participou do estudo.

Além disso, os brilhos de raios gama não eram estáticos, como se pensava anteriormente, mas estavam constantemente em ebulição, aumentando e diminuindo de intensidade em escalas de segundos. “Grandes tempestades estão fervendo. É como uma panela em ebulição”, diz Ostgaard, da Universidade de Bergen, na Noruega.

Equipado com sensores para detectar raios gama, ondas de rádio, luz visível e outros sinais, o avião sobrevoou tempestades no Caribe e na América Central. Voando a uma altitude aproximadamente duas vezes maior que a de aviões comerciais, a aeronave tinha uma visão privilegiada do fenômeno. Como os dados eram transmitidos em tempo real para o solo, os pesquisadores podiam orientar o piloto a retornar a regiões onde os raios gama estavam mais intensos.

Os voos também detectaram relâmpagos terrestres de raios gama fracos demais para serem observados por satélites, conforme relatado em 7 de setembro na revista Geophysical Research Letters. Isso sugere que observações anteriores feitas por satélites podem ter subestimado a frequência desses eventos, tornando-os mais comuns do que se imaginava.

Tempestades produzem raios gama quando elétrons são acelerados por fortes campos elétricos formados dentro das nuvens. Esses elétrons geram outros elétrons em um processo de avalanche. Quando colidem com moléculas do ar, produzem raios gama. Embora esse mecanismo geral seja compreendido, os cientistas ainda não entendem totalmente as diferenças entre os tipos de explosões de raios gama nem como elas se relacionam entre si.

Os flashes de raios gama recém-descobertos podem representar um elo perdido entre os relâmpagos terrestres de raios gama e os brilhos de raios gama, já que sua intensidade e duração situam-se entre as duas categorias. Como luzes estroboscópicas de alta energia, esses eventos consistiam em pulsos curtos que se repetiam ao longo de dezenas a centenas de milissegundos, relatou a equipe em um segundo artigo na Nature.

Além disso, muitos desses eventos foram seguidos por um tipo de descarga chamado evento bipolar estreito, que, por sua vez, era seguido por um relâmpago. Isso pode indicar que as explosões de raios gama ajudam a iniciar os relâmpagos — um processo que ainda não é totalmente compreendido.

Os raios gama também podem desempenhar um papel na limitação da intensidade dos campos elétricos dentro das tempestades, afirma o coautor Steven Cummer, engenheiro elétrico da Universidade Duke. Isso significa que “todo esse processo de geração de raios gama, que antes parecia algo curioso e incomum, agora parece estar no centro da eletricidade atmosférica”.

Fonte da imagem: www.sciencenews.org