Episódio 39. Edição especial - Sons do Universo.

Créditos: https://www.system-sounds.com/

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Informações tiradas do 'Observatório de raios-X Chandra - NASA'.

O espaço é principalmente silencioso. Grande parte do nosso Universo é muito distante para alguém visitar pessoalmente, mas ainda podemos explorá-lo. Os telescópios nos dão a chance de entender como são os objetos em nosso Universo em diferentes tipos de luz. Ao traduzir os dados digitais na forma binária (zero e um) capturados por telescópios no espaço em imagens, os astrônomos podem criar representações visuais do que seria invisível para nós. Mas que tal vivenciar esses dados com outros sentidos, como a audição?

Um projeto de "sonificação" liderado pelo Observatório de Raios-X Chandra e pelo programa Universe of Learning, ambos da NASA, transforma dados inaudíveis de alguns dos telescópios mais poderosos do mundo em som. Esse esforço possibilita experimentar dados de fontes cósmicas com um sentido diferente: a audição. Quer venha das cordas vocais de nossas gargantas ou da superfície do Sol, o som desempenha um papel valioso em nossa compreensão do mundo e do cosmos ao nosso redor. Todo som começa com uma vibração. Quando essas vibrações viajam pelo ar, elas entram no tímpano humano se transformando em sinais elétricos e nosso cérebro interpreta como som. Essas vibrações podem vir de muitas fontes aqui na Terra, bem como aqueles de nosso Sistema Solar e mesmo de todo o Universo. O som viaja em uma onda e tem propriedades distintas. Uma delas é a frequência, que é a medida de picos (ou vales) que uma onda passa num determinado ponto, por um determinado período de tempo. A frequência é medida em Hertz (Hz), que é um valor numérico por segundo. Em geral, os seres humanos podem ouvir na faixa de 20 a 20.000 Hz. O elefante pode ouvir na faixa abaixo dos humanos, enquanto cães e os gatos são sensíveis aos sons de frequência muito mais alta.

Capa de um dos folhetos (disponíveis em pdf) do projeto "A Universe of Sound", realizado pelo Chandra X-Ray Observatory, da NASA.

Créditos: https://chandra.si.edu/sound/

Em cada sonificação, os dados astronômicos coletados pelo Observatório Chandra de raios-X e outros telescópios são convertidos em sons. Essas sonificações mapeiam os dados desses telescópios espaciais em um formato que os usuários possam ouvir, ao invés de apenas ver, incorporando os dados em uma nova forma sem alterar o conteúdo original. As imagens geram um mapa em 2 dimensões com variados brilhos de intensidade e cores. A partir daí, um gráfico é construído com essas variáveis e irão compor a estrutura sonora.

Vejamos alguns exemplos: um aglomerado de galáxias; um aglomerado de estrelas jovens; estrelas massivas; o campo de detritos deixado após uma explosão estelar; o buraco negro e a região em volta dele; as nebulosas. Em cada uma dessas situações, são usadas técnicas diferenciadas no processo de sonificação: a intensidade da luz dos corpos luminosos controla o volume, enquanto o posicionamento deles no gráfico indicam se a frequência será alta ou baixa. As ondas de rádio, luz óptica e os raios-x são mapeados para faixas baixas/médias/altas, seguindo a ordem de suas frequências de luz. No espectro de uma supernova, por exemplo, surgem variadas cores que identificam elementos químicos abundantes no espaço, como o enxofre (amarelo), ferro (roxo), cálcio (verde) e silício (vermelho). Todo esse fluxo de cores, intensidades luminosas e frequências, será o cardápio para a construção do mapa sonoro.

Outro detalhe são os recursos sonoros utilizados nesta construção. São efeitos sintetizadores que simulam instrumentos de corda, como contrabaixo, violoncelo, viola e violino; xilofone; piano; harpa; combinações de ondas senoidais; sons ruídos e barulhentos; etc. Na nebulosa do caranguejo, os raios-X do Chandra (azul e branco) tem som de latão, os dados de luz óptica do Hubble (roxo) tem som de cordas e o infravermelho do Spitzer (rosa) tem som de sopros de madeira.

Sonificação da Nebulosa do Caranguejo. A nebulosa é alimentada por uma estrela de nêutrons que gira rapidamente e que se formou quando uma estrela massiva entrou em colapso. Na imagem, um sensor vertical se desloca da esquerda para a direita traduzindo dados em sons.

Créditos: https://chandra.si.edu/sound/

Sonificação do Cluster Perseus

Desde 2003, o buraco negro no centro do aglomerado de galáxias de Perseu tem sido associado ao som. Isso ocorre porque os astrônomos descobriram que as ondas de pressão enviadas pelo buraco negro causavam ondulações no gás quente do aglomerado que poderiam ser traduzidas em uma nota – uma que os humanos não conseguem ouvir (cerca de 57 oitavas abaixo do dó central). De certa forma, essa sonificação é diferente de qualquer outra feita antes, porque revisita as ondas sonoras reais descobertas em dados do Observatório de raios-X Chandra. O equívoco popular de que não há som no espaço se origina do fato de que a maior parte do espaço é essencialmente um vácuo, não fornecendo meio para a propagação das ondas sonoras.

Um aglomerado de galáxias, por outro lado, tem grandes quantidades de gás que envolvem as centenas ou mesmo milhares de galáxias dentro dele, fornecendo um meio para as ondas sonoras viajarem. Nesta sonificação de Perseu, as ondas sonoras previamente identificadas pelos astrônomos foram extraídas e tornadas audíveis pela primeira vez. As ondas sonoras foram extraídas em direções radiais, ou seja, para fora do centro. Os sinais foram então ressintetizados no alcance da audição humana, escalando-os para 57 e 58 oitavas acima de seu tom verdadeiro.

O verdadeiro tom das ondas sonoras geradas pelo buraco negro é Bb, pouco mais de 57 oitavas abaixo do Dó médio. Outra maneira de colocar isso é que eles estão sendo ouvidos 144 quatrilhões e 288 quatrilhões de vezes mais alto que sua frequência original. (Um quatrilhão é 1.000.000.000.000.000.) A varredura semelhante a um radar ao redor da imagem permite que você ouça ondas emitidas em diferentes direções. O som contém as ondas reais mais alguns sinais de outras flutuações de densidade de grande escala (como cavidades). Na imagem visual desses dados, azul e roxo mostram dados de raios-X capturados pelo Chandra.

Sonificação de um buraco negro que fica no centro do aglomerado de galáxias de Perseu.

Créditos: https://chandra.si.edu/sound/

Ouvindo a nossa galáxia - Via Láctea.

A tradução começa no lado esquerdo da imagem e se move para a direita, com os sons representando a posição e o brilho das fontes. A luz dos objetos localizados na parte superior da imagem é ouvida como tons mais altos, enquanto a intensidade da luz controla o volume. Estrelas e fontes compactas são convertidas em notas individuais enquanto nuvens extensas de gás e poeira produzem um drone em evolução. O crescendo acontece quando atingimos a região brilhante no canto inferior direito da imagem. É aqui que reside o buraco negro supermassivo de 4 milhões de massa solar no centro da Galáxia, conhecido como Sagitário A*, e onde as nuvens de gás e poeira são as mais brilhantes. Podemos ouvir os dados desta região, com cerca de 400 anos-luz de diâmetro, seja como individuais (do Observatório de Raios-X Chandra, o Telescópio Espacial Hubble o Telescópio Espacial Spitzer), ou juntos como um conjunto em que cada telescópio toca um instrumento diferente.

Sonificação de dados do centro galático da Via Láctea.

Cada imagem revela diferentes fenômenos acontecendo nesta região a cerca de 26.000 anos-luz da Terra. A imagem do Hubble delineia regiões energéticas onde as estrelas estão nascendo, enquanto os dados infravermelhos do Spitzer mostram nuvens brilhantes de poeira contendo estruturas complexas. Raios-X do Chandra revelam gás de explosões estelares aquecido a milhões de graus e fluxos de Sagitário A*. Lembrança importante: “ano-luz” é uma unidade de medida astronômica usada para medir grandes distâncias no espaço. Para se ter uma idéia, 1 ano-luz equivale a distância que a luz percorre durante 1 ano. Ou seja: é muita coisa! Isso equivale a 9,46 trilhões de quilômetros.

Esta sonificação do Centro Galáctico, assim como a de outros eventos cósmicos, foi liderada pelo Chandra X-ray Center (CXC) como parte do programa Universe of Learning (UoL), da NASA. O programa Science Activation, da NASA, se esforça para capacitar especialistas em ciências e incorporar o conteúdo científico no ambiente de aprendizado de forma eficaz e eficiente para alunos de todas as idades. A colaboração foi conduzida pela supervisão da cientista Kimberly Arcand (CXC), do astrofísico Matt Russo e do músico Andrew Santaguida (ambos do projeto SYSTEMS Sound).

O Projeto SYSTEM Sound

O SYSTEM sounds é um projeto de divulgação científica que traduz o ritmo e a harmonia do cosmos em música e som. São vídeos, aplicativos interativos e exposições públicas que inspiram, educam e tornam a astronomia mais acessível aos deficientes visuais. Desde 2020 produzem sonificações para a NASA, incluindo uma série de corridas com o Chandra X-Ray Center (CXC). Em 2022 lançaram uma série de tutoriais para a ensinar às pessoas a criarem suas próprias sonificações.

O som da TRAPPIST-1

Imagem artística do sistema planetário de TRAPPIST-1.

Fonte: Wikipédia

Em 22 de fevereiro de 2017, os astrônomos anunciaram a descoberta de que 7 planetas do tamanho da Terra orbitam uma estrela anã vermelha próxima conhecida como TRAPPIST-1. Pelo menos dois deles devem ter as temperaturas certas para hospedar água líquida, tornando-os alvos principais na busca por vida além do sistema solar. Os planetas de TRAPPIST-1 estão presos na mais longa cadeia de ressonâncias já descoberta, com o período orbital de cada planeta formando relações simples com os de seus vizinhos. Para cada 2 órbitas do planeta mais externo, o próximo planeta orbita para dentro 3 vezes, o próximo 4, depois 6, 9, 15 e 24 vezes. Em um trabalho de pesquisa, o SYSTEM Sounds mostrou que os planetas podem se estabelecer nesta configuração enquanto flutuam em seu disco de nascimento, e esse ajuste fino é provavelmente a razão pela qual o sistema conseguiu sobreviver até os dias atuais.

Círculos de raios-gama em expansão emitidos pelo Blazar TXS 0506+056 e detectados pelo telescópio Fermi. Os tamanhos e as cores dos raios indicam diferentes campos energéticos. Na simulação sonora, os raios de energia mais altos são representados como notas mais agudas e visualizados com círculos maiores.

Créditos: NASA/DOE/Fermi LAT Collab., Matt Russo e Andrew Santaguida/SYSTEM Sounds

Uma vez que a harmonia musical e os ritmos repetidos também são resultados de razões de períodos simples, as órbitas dos planetas TRAPPIST-1 podem ser traduzidas em forma musical. Para cada planeta tocamos uma nota por órbita, usando os tons que resultam de trazer as frequências do planeta para o alcance da audição humana. Em seguida, adicionamos tambores para cada vez que um planeta passa por seu vizinho para ouvir os ritmos de seus repetidos puxões gravitacionais. Para adicionar um pouco mais de charme, os dados de brilho flutuante da própria estrela foram convertidas diretamente em som. Na simulação que estamos ouvimos agora, foi usada uma sequência numérica do TRAPPIST-1 para tocar uma nota de piano toda vez que um planeta passa na frente da estrela (um 'trânsito') e um tambor toda vez que um planeta interno mais rápido ultrapassa seu vizinho externo (uma 'conjunção'). Para atribuir tons, simplesmente aumentamos as frequências orbitais em 212 milhões de vezes para trazê-las ao alcance da audição humana.

O sistema TRAPPIST-1 é uma cadeia ressonante, o que significa que os períodos das órbitas dos planetas são muito próximos das proporções de números inteiros (ex. 3:2, 4:3). É exatamente isso que faz com que duas notas musicais soem consonantes quando tocadas juntas e, como resultado, o TRAPPIST-1 cria uma harmonia bonita, mas levemente distorcida. Pela mesma razão, os trânsitos e conjunções ocorrem em um padrão constante e repetitivo. O som crepitante ouvido no final são os dados da curva de luz K2, do telescópio Kepler, e do brilho observado da estrela, acelerado muitas vezes.

Sistema Planetário TRAPPIST-1 traduzido em música.

Créditos: https://www.system-sounds.com/

Considerações finais:

Sair de Macaé é bom, não é? Mas ir pro espaço aí já é demais! (Rsrs) Estamos sempre buscando aliar a música a alguma outra área do conhecimento para tornar nossos episódios cada vez mais atrativos. E, desta vez, recorremos à astronomia e à música eletrônica para abordar os sons do universo. Ficamos por aqui, até breve e um grande abraço!!

FIM.

Referências:

• SYSTEM Sounds. Disponível em: https://www.system-sounds.com/trappist-sounds/

• A Universe of Sound. Disponível em: https://chandra.si.edu/sound/

• NASA’s Fermi Traces Source of Cosmic Neutrino to Monster Black Hole. Disponível em: https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-fermi-traces-source-of-cosmic-neutrino-to-monster-black-hole

Fundo Musical:

• Berceuse spatiale, composição original da MRP - Mylonite Recordz Production;

• Data Sonification: Crab Nebula (Multiwavelength); Chandra X-Ray Observatory

• Saturn's B Ring, for Harp and Drums (Full); SYSTEM Sounds;

• Data Sonification: Black Hole at the Center of the Perseus Galaxy Cluster (X-ray); NASA's Marshall Space Flight Center;

• Data Sonification: Galactic Center (Multiwavelength); Chandra X-Ray Observatory;

• Song of the Black Widow Pulsar (Instrumental); SYSTEM Sounds;

• TRAPPIST Sounds : TRAPPIST-1 Planetary System Translated Directly Into Music. Criação de Matt Russo, Dan Tamayo e Andrew Santaguida. 2017; SYSTEM Sounds.