SWGO: explorar o Universo extremo
"Foi lançada uma colaboração internacional para um novo observatório de raios gama no hemisfério sul "
Hoje, 1 de Julho de 2019, perto de 40 institutos de investigação de nove países assinam oficialmente o acordo para a criação de uma nova colaboração internacional de investigação e desenvolvimento para um futuro observatório de raios gama com grande campo de visão no hemisfério sul. Os países fundadores do Southern Wide-field of view Gamma-ray Observatory (SWGO) são a Alemanha, Argentina, Brasil, Estados Unidos da América, Itália, México, Portugal, Reino Unido e República Checa. O SWGO junta diversas comunidades já implicadas na investigação e desenvolvimento nesta área. A assinatura do acordo acontece depois de uma reunião entre os cientistas dos vários países que se realizou em Lisboa em Maio.
O novo observatório será instalado nos Andes, a uma altitude superior a 4400 metros, para detectar os raios gama de energia mais alta — partículas de luz biliões de vezes mais energéticas que a luz visível. Permitirá sondar os fenómenos e ambientes mais extremos para responder a algumas das perguntas mais fundamentais sobre o Universo, da origem dos raios cósmicos de alta energia à procura de partículas de matéria escura ou de desvios em relação à teoria da relatividade de Einstein. A localização do observatório no hemisfério sul permitirá observar directamente a região mais interessante da nossa Via Láctea: o centro da galáxia, que alberga um buraco negro quatro milhões de vezes mais pesado que o Sol. O campo de visão amplo do SWGO torna-o ideal para procurar fontes transientes, mas também emissões vindas de regiões extensas do céu, como as chamadas “bolhas de Fermi” (estruturas de dimensão comparável à da Via Láctea), zonas ricas em matéria escura, e fenómenos inesperados.
”O novo observatório será um potente explorador da variabilidade temporal das emissões gama, e preencherá uma lacuna na rede global multi-mensageiros de observatórios de ondas gravitacionais, electromagnéticas, e de neutrinos. Será também capaz de dar o alerta para que outros telescópios apontem na direcção de fenómenos interessantes e inesperados, e nesse sentido será complementar a CTA, o grande telescópio de Cherenkov da próxima geração”, explica Mário Pimenta, presidente do LIP e responsável do grupo português em LATTES, um projecto de investigação e desenvolvimento para um futuro observatório de raios gama em que o LIP tem estado muito implicado nos últimos anos, em colaboração com parceiros do Brasil e de Itália, e que agora passa a integrar o SWGO.
O novo observatório SWGO terá como base a abordagem das experiências actuais que detectam, a elevada altitude, os chuveiros de partículas produzidos pelos raios gama primários que atingem a atmosfera, nomeadamente HAWC no México e LHAASO na China. Mas serão também exploradas novas tecnologias que permitam aumentar a sensibilidade e baixar o limiar de energia do detector. Em particular, os detectores baseados em câmaras de placas resistivas (RPC), tecnologia em que o LIP é líder mundial, poderão desempenhar um papel fundamental.
As primeiras emissões de raios gama de muito alta energia, com origem na nebulosa de Caranguejo, foram observadas há apenas 30 anos. Desde então, foram descobertas centenas de fontes que emitem a estas energias extremas. Muitas fontes extra-galácticas e algumas fontes galácticas apresentam variabilidade temporal, e a duração dos flashes pode ser de dias, horas, minutos ou mesmo apenas alguns segundos. O estudo destes fenómenos só pode ser feito com instrumentos como SWGO, capazes de observar continuamente grandes porções do céu, sensíveis às energias acima do alcance das experiências de satélite, e funcionando num contexto de rede multi-mensageiros: capazes de dar o alerta e actuar em conjunto com outros observatórios de fotões, neutrinos e ondas gravitacionais.
A detecção directa dos raios gama primários só é possível com observatórios no espaço, como Fermi. No entanto, o custo das tecnologias espaciais limita o tamanho dos detectores em satélites e, consequentemente, a sua sensibilidade, uma vez que os fluxos se tornam muito pequenos às energias mais altas. Na atmosfera, os gamas vão interagir, criando um chuveiro de partículas. Estes chuveiros podem ser estudados em observatórios de dois tipos complementares: instrumentos direccionais, como CTA, ou matrizes de detectores no solo, como SWGO. Os telescópios de Cherenkov são detectores direccionais, muito precisos mas com tempos de observação e campos de visão limitados. As observações de amplo campo de visão permitem alcançar energias mais elevadas, e são ideais para procurar fontes transientes e emissões de regiões extensas do céu.
Figura: O céu em raios gama visto pelos observatórios HAWC (actual) e SWGO (futuro).
Créditos: Richard White, MPIK (preliminar).
Figura: Ilustração da complementaridade das técnicas de detecção de raios gama de muito alta energia à superfície da Terra. Créditos: Richard White, MPIK
