Sinais do espaço (free)

Sinais do espaço

A natureza da ciência - Recurso para a sala de aula

​Felipe Novaes ICTP-SAIFR

Ao longo das últimas décadas, telescópios ao redor do mundo têm observado rajadas misteriosas de ondas de rádio vindas do espaço.

Os astrônomos as chamam de Rajadas Rápidas de Rádio (FRBs, sigla em inglês para Fast Radio Bursts). Um telescópio que observou diversas FRBs é o radiotelescópio CHIME, localizado na Columbia Britânica, Canadá. Nesta atividade, você analisará dados reais do CHIME e descobrirá qual modelo melhor explica a fonte das FRBs.

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​Introdução

​Felipe Novaes ICTP-SAIFR

• Quando uma estrela massiva usa todo o seu combustível, ela colapsa para dentro de si mesma.

• Ao colapsar, as camadas externas da estrela empurram as camadas internas, comprimindo-as.

• As camadas internas reagem, empurrando para fora. Isso resulta em uma explosão poderosa que libera energia e matéria.

• A explosão resulta na liberação de uma rajada intensa de ondas de rádio e outros tipos de radiação eletromagnética, incluindo raios-X.

• Uma estrela só pode explodir uma única vez em toda a sua vida.
• Estrelas explodem em todas as galáxias.

Modelo de supernova

• Magnetars são estrelas de nêutrons compactas que possuem campos magnéticos muito fortes.

• Mudanças drásticas na superfície de um magnetar podem fazer com que seu campo magnético gere breves rajadas de energia, que incluem ondas de rádio e raios-X.

• Alguns magnetars produzem múltiplas rajadas ao longo do tempo. Outros produzem uma única rajada.

• Magnetars estão presentes em todas as galáxias.

Modelo de magnetar

• Dentro de todas as galáxias, no espaço entre as estrelas, existem vastas nuvens de gases.

• Quando aquecidas, todas as moléculas numa nuvem de gases podem emitir ondas de rádio ao mesmo tempo.

• Isso resulta em uma curta e intensa rajada de ondas de rádio.

• O processo de aquecimento não produz raios-X.

• Algumas nuvens de gases emitem rajadas repetidamente. Outras produzem apenas uma única rajada.

Modelo de gases interestelares

Modelos propostos para as FRBs

PARTE 1

​Link para os modelos
http://gg.gg/modelosfrb

Open Ended

Os cartões de rajadas rápidas de rádio resumem três modelos científicos que foram propostos

para explicar a fonte das FRBs. Compare e contraste esses modelos. Liste três coisas que os

três modelos têm em comum.

Open Ended

Os cartões de rajadas rápidas de rádio resumem três modelos científicos que foram propostos

para explicar a fonte das FRBs. Compare e contraste esses modelos. Liste três diferenças entre todos os três ou entre dois deles.

Observações de ondas de rádio

PARTE 2

​Link para os modelos
http://gg.gg/modelosFRB

Na imagem abaixo, cada quadrado mostra uma região do céu onde o CHIME observou uma ou mais FRBs. Os números das localizações abaixo são os mesmos nas linhas do tempo que vêm na sequência.

Open Ended

As linhas do tempo abaixo mostram quando o CHIME observou FRBs vindo de cada localização. Cada quadrado representa uma FRB observada. Quantas FRBs foram observadas em cada localização? Por exemplo, na localização 6 foram observadas 2 FRBs, uma na parte final do mês de Outubro de2018 e outra ao final do mês de Fevereiro de 2019.

Multiple Choice

Considere os três modelos propostos na parte 1. Qual modelo não consegue explicar todas as

observações? http://gg.gg/modelosFRB

• Modelo da supernova

• Modelo do magnetar

• Modelo dos gases interestelares

Em 28 de abril de 2020, vários telescópios de raios-X observaram rajadas de raios-X vindas do espaço. O quadrado preto na imagem abaixo mostra a região do céu de onde essa rajada veio.

Multiple Choice

Compare esse mapa com o mapa da parte 2. De qual localização a rajada de Raio-X foi emitida?

• 1

• 2

• 3

• 4

• 5

Open Ended

Analise novamente as datas na parte 2. Qual conexão você percebe com os dados desta parte da atividade?

Multiple Choice

​O modelo de gases interestelares consegue explicar as observações dos telescópios de raios-X?

• SIM

• NÃO

Multiple Choice

Raios-X são muito mais difíceis de se detectar do que ondas de rádio. Portanto, os raios-X emitidos por diversas rajadas de magnetares provavelmente não seriam captados pelos telescópios. O modelo de magnetares consegue explicar as observações dos telescópios de raios-X?

• SIM

• NÃO

Observações de distâncias

PARTE 3

​Link para os modelos
http://gg.gg/modelosFRB

As observações nas partes 2 e 3 mostram que os raios-X e as FRBs da localização 4 vêm da mesma direção no espaço. Porém, é possível que elas venham de dois objetos diferentes, um localizado atrás do outro. Nesta seção, você vai analisar esta possibilidade. Considere o que acontece quando FRBs viajam através do espaço. FRBs são compactas no momento em que são criadas (A). À medida que viajam através do espaço, elas se esticam, alongam (B e C). Este alongamento criam um delay entre o começo e o fim de uma FRB.

Multiple Choice

A tabela abaixo mostra dados reais do CHIME, quando diferentes partes da FRB vinda da localização 4 foram observadas. Quanto tempo durou o atraso entre o começo e o fim?

• 1 s

• 33 s

• 7 s

• 21 s

• 28 s

Multiple Choice

Viajar através da Via Láctea cria um atraso de 12 segundos ou menos entre o começo e o fim. A rajada veio de dentro da Via Láctea?

• SIM

• NÃO

Open Ended

Os astrônomos determinaram que os raios-X da parte 3 vieram de um magnetar dentro da

Via Láctea. A sua resposta da questão anterior apoia a ideia de que a FRB da localização 4 veio do

mesmo magnetar? Justifique sua resposta.

Multiple Choice

Qual modelo explica todas as suas observações?

• Modelo da supernova

• Modelo do magnetar

• Modelo dos gases interestelares

Consolidação do aprendizado

Responda as perguntas a seguir para avaliar a sua compreensão das FRBs e da natureza da ciência.

Multiple Select

Qua(is) dos modelos consegue explicar as observações na localização 1?

• Modelos de supernova

• Modelos de gases interestelares

• Modelos de magnetar

Multiple Select

Qua(is) dos modelos consegue explicar as observações na localização 2?

• Modelos de supernova

• Modelos de gases interestelares

• Modelos de magnetar

Multiple Select

Qua(is) dos modelos consegue explicar as observações na localização 3?

• Modelos de supernova

• Modelos de gases interestelares

• Modelos de magnetar

Multiple Select

Qua(is) dos modelos consegue explicar as observações na localização 4?

• Modelos de supernova

• Modelos de gases interestelares

• Modelos de magnetar

Multiple Select

Qua(is) dos modelos consegue explicar as observações na localização 5?

• Modelos de supernova

• Modelos de gases interestelares

• Modelos de magnetar

Multiple Select

Qua(is) dos modelos consegue explicar as observações na localização 6?

• Modelos de supernova

• Modelos de gases interestelares

• Modelos de magnetar

Multiple Choice

Qual dos modelos consegue explicar todas as observações?

• Modelos de supernova

• Modelos de gases interestelares

• Modelos de magnetar

Open Ended

Dê um exemplo de uma observação que entraria em conflito com o modelo que sobrou.

Open Ended

A repetição de observações é um aspecto importante da ciência. Como as observações feitas

pelo CHIME ilustram essa importância?

Open Ended

Inicialmente, os cientistas assumiram que havia apenas um tipo de FRB. Porém, alguns cientistas

já propuseram que existem apenas dois tipos: FRBs repetitivas e FRBs únicas. Por que o

modelo da supernova consegue explicar um dos dois tipos, mas não o outro?