1 de out de 2012

9 projetos milionários que pretendem desvendar os mistérios da energia escura

A energia escura é um dos “cálices sagrados” da ciência desde a descoberta, em 1998, que a expansão do universo está acelerando.  Apesar dos investimentos na área, apenas recentemente foi confirmada a existência da energia escura, embora sua natureza ainda permaneça um mistério. Com a notável exceção dos projetos que estão em andamento no Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), todos os projetos de investigação da energia escura envolvem observação cosmológica, e podem ser divididos em dois grandes grupos: as observações executadas em terra e as executadas no espaço.
 
A detecção da energia escura é feita a partir da busca pelos seus efeitos, ou seja, áreas onde há menos matéria são áreas onde a energia escura atua com mais força, e vice-versa. Mapeando a presença de matéria, mapeia-se também a energia escura, ou seus efeitos. Parte das observações tenta medir os “grumos” de matéria gerados pelas ondas de pressão que percorriam o universo quando ele era mais denso: são as medições das oscilações acústicas bariônicas, ou BAO (acústicas por que ondas de pressão são ondas sonoras, mesmo que sua frequência não esteja na faixa que o ser humano consegue ouvir).
 
Outra parte das observações tem o objetivo de mapear as galáxias e quasares, suas posições e seus redshifts, para verificar onde a energia escura tem atuado com mais intensidade. Uma variação desta técnica é o mapeamento da matéria no universo usando as microlentes gravitacionais. Como o espaço-tempo é distorcido pela presença de matéria (escura ou bariônica), encontrar distorções causados por microlentes gravitacionais é encontrar concentrações de matéria, e o mapeamento das distorções é um mapeamento indireto de matéria.

Confira aqui 9 projetos de custos milionários que pretendem desvendar os mistérios da energia escura:
 
1 – BOSS: Baryon Oscillation Spectroscopic Survey
O BOSS (US$ 47 milhões, cerca de R$ 94,88 milhões), Pesquisa Espectroscópica de Oscilação de Bárions em português, é um consórcio de astrônomos que está usando o telescópio de 2,5 metros do Sloan Digital Sky Survey, em Apache Point, Novo México (EUA), para medir a marca deixada pelas ondas sonoras do Big Bang a distâncias de até 10 bilhões de anos-luz. O BOSS liberou seu nono pacote de dados em 8 de agosto de 2012, contendo análises que cobrem 14.555 graus quadrados do céu: 932.891.133 objetos, o espectro de 1.457.002 galáxias, de 228.468 quasares e 668.054 estrelas.

2 – BigBOSS
O BigBOSS (US$ 71 milhões, cerca de R$ 142 milhões), é uma colaboração entre o Observatório Nacional de Astronomia Óptica (NOAO) e o centro de pesquisa e desenvolvimento para astronomia baseada em terra da Fundação Nacional de Ciência (NSF) que vai usar o telescópio de 4 metros Mayall do NOAO, em Kitt Peak, Arizona, EUA, durante 500 noites (cerca de 5 anos, considerando a média de noites nubladas na região) para observar cerca de 50 milhões de objetos e mapear com precisão a posição de cerca de 20 milhões de galáxias e quasares, registrando objetos que estão a até 10 bilhões de anos em direção ao Big Bang. O mapeamento do BigBOSS deve produzir um volume de dados pelo menos 10 vezes maior que o do projeto BOSS.

3 – DES: Dark Energy Survey
O DES (US$ 50 milhões, cerca de R$ 100 milhões), “o Levantamento da Energia Escura”, usa uma câmera de 570 megapixel, a DecCAM, além de outros instrumentos no telescópio Blanco de quatro metros na América do Sul para medir a distância de galáxias remotas e usar lentes gravitacionais fracas para sondar a história da expansão do universo. A DecCAM foi usada pela primeira vez no dia 12 de setembro de 2012, e produziu sua primeira imagem, ou “primeira luz”, da NGC 1365. Participam do consórcio DES mais de 120 cientistas de 23 instituições nos Estados Unidos, Espanha, Reino Unido, Brasil (Observatório Nacional, Centro Brasileiro de Pesquisas Fisicas e Universidade Federal do Rio Grande do Sul) e Alemanha.

4 – WFIRST: Wide-field infrared survey telescope
O WFIRST (US$ 1,6 bilhões, cerca de R$ 3,2 bilhões), “Telescópio de Investigação Infravermelho Multi-campo”, é um projeto proposto para estudar a energia escura e a nossa galáxia, e para procurar planetas. É o “herdeiro” da missão JDEM – Joint Dark Energy Mission, e tem por objetivo a pesquisa de exoplanetas; a investigação da energia escura usando três técnicas: a oscilação acústica bariônica, o registro de supernovas tipo Ia, e a medição da massa do universo pela localização de lentes gravitacionais fracas; a investigação de grandes regiões no infravermelho; e oferecer um programa de observador convidado, no qual um convidado poderá utilizar as facilidades do WFIRST para outras investigações. O JDEM, “Missão Conjunta de Energia Escura” era uma colaboração entre a NASA e o Departamento de Energia para criar um satélite para sondar a energia escura do espaço.

5 – LSST: Large Synoptic Survey Telescope
O LSST (US$ 620 milhões, cerca de R$ 1,24 bilhões), “Grande Telescópio de Pesquisa Sinóptica”, programado para ver sua “primeira luz” em 2014, tem 8,4 metros e vai fotografar o céu inteiro a cada três noites. Estas imagens e outros dados vão revelar supernovas e desenhar a distribuição das galáxias no últimos bilhões de anos. Com sua abertura larga, o telescópio de campo grande e a câmera de 3,2 Gigapixels vão registrar objetos tênues no céu, em um escaneamento rápido, analisando os que sofrem alteração ou se movimentam, e que poderiam ser supernovas ou perigosos asteroides próximos à Terra (de no mínimo 100 metros de diâmetro), além de catalogar bilhões de galáxias remotas, fornecendo meios de investigar a energia e matéria escuras através de mapas 3D. O LSST deve registrar o mais detalhado mapa do céu do hemisfério sul, com suas alterações ao longo do ano.

6 – Euclid
O Euclid será um satélite europeu que vai usar lentes gravitacionais fracas e oscilações acústicas bariônicas para levantar a distribuição da matéria escura, o que vai ajudar a determinar a natureza da energia escura. Os cientistas da missão também esperam expandi-la para medir a distância de supernovas. Se for aprovada, a missão será lançada depois de 2017. O Euclid deverá examinar o céu a partir de um ponto lagrangeano no sistema Terra-Sol, L2, em uma órbita tipo halo, e deve registrar galáxias e aglomerados de galáxias. O diâmetro do telescópio deverá ser de 1,2 metros, e ele deverá operar por 6 anos. O ponto lagrangeano L2 fica aproximadamente a 1,5 milhões de quilômetros além da Terra, na mesma linha que une a Terra e o sol (o mesmo local em que deverá ficar o telescópio espacial James Webb). Em outras palavras, provavelmente não haverão missões de conserto ou reabastecimento.

7 – HETDEX: Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment
O HETDEX (US $24 milhões, cerca de R$ 48 milhões), “Experimento de Energia Escura do Telescópio Hobby-Eberly”, vai usar o telescópio Hobby-Eberly, no Observatório McDonald, e um conjunto de espetrografias para criar um mapa tridimensional de um milhão de galáxias a fim de estudar as oscilações acústicas bariônicas dos primeiros 400.000 anos do universo. Durante três anos de observações, o HETDEX deverá coletar dados de pelo menos um milhão de galáxias que estão entre 9 a 11 bilhões de anos-luz de distância, gerando um dos maiores mapas 3D do universo. O mapa permitirá aos astrônomos medirem a taxa de expansão do universo em diferentes eras de sua história.

8 – SKA: Square Kilometer Array
O SKA (€ 1,5 bilhão, cerca de R$ 3,95 bilhões), “Conjunto de Um Quilômetro Quadrado”, é um telescópio composto que vai investigar a energia escura mapeando o hidrogênio primordial, aquele que é visto na faixa de micro-ondas de 21 cm. O SKA será construído em duas fases. Na primeira fase, serão instalados 190 antenas parabólicas que vão gerar um pixel cada uma na África do Sul, mais 60 antenas parabólicas e 36 antenas ASKAP na Austrália, e 50 estações de grupos de 10.0000 antenas cada uma na Austrália. Na segunda fase, o grupo de discos será expandido para cerca de 3.000 discos com uma separação máxima de 3.000 km na parte setentrional da África, as 50 estações da Austrália serão estendidas para 250 estações, e um novo componente de 250 estações de grupos de antenas de frequência média serão instaladas na África do Sul. Este projeto pretende montar o maior radiotelescópio do mundo, sendo 50 vezes mais sensíveis e 10.000 vezes mais rápido que os melhores radiotelescópios atuais. As principais pesquisas pretendem dar respostas a questões sobre o universo, incluindo como as primeiras estrelas e galáxias se formaram após o Big Bang, como ocorreu a evolução das galáxias desde então, o papel que o magnetismo desempenha no cosmos, a natureza da gravidade, e se existe vida além da Terra.

9 – J-PAS: Javalambre Physics of the accelerating Universe Astrophysical Survey
O J-PAS (US$ 10 milhões, cerca de R$ 20 milhões), “Levantamento Astronômico de Javalambre sobre a Física da Aceleração do Universo”, uma colaboração entre Brasil e Espanha, recebeu a atenção da mídia recentemente ao propor um projeto de baixo custo para gerar mapas tridimensionais do universo, indicando com alta precisão a localização de galáxias, quasares e outros objetos. Ele consiste de um telescópio com espelho de 2,5 metros, combinado com uma câmera de 1,2 Giga-pixel, que vai produzir imagens de alta resolução de mais de 1/5 do céu durante 5 a 6 anos, fotografando a mesma área 56 vezes, cada uma com um filtro diferente cobrindo toda a região visível do espectro eletromagnético. O resultado será um mapa 3D do universo. O Observatório Astronômico de Javalambre está em fase avançada de construção. O complexo está quase completo, com sala de controle, túneis, dormitórios e telescópios de apoio. Faltam o telescópio T250, que está sendo montado na Bélgica, e a câmera J-PCAM, que foi projetada e está sendo construída parcialmente no Brasil – principal contribuição do país para o projeto. É uma das esperanças do Brasil para um Nobel de Física.
Fonte: Hypescience.com

Aquecimento global pode ser combatido com nuvem de poeira de asteroide com 5 quatrilhões de Kg .

Pesquisadores escoceses apresentaram uma ideia intrigante para combater o aquecimento global. O princípio seria retirar poeira de um asteroide para criar nuvens gigantescas que agiriam como filtros dos raios solares. A pesquisa é da Universidade de Strathclyde e a instituição acredita que um asteroide de tamanho médio poderia ser desviado para uma posição próxima à da Terra para que o processo seja realizado. Se o asteroide for mantido em órbita com a Terra, isso criaria um campo gravitacional favorável para manter as partículas de poeira próximas de nós, evitando assim que elas se dispersem e desapareçam no espaço. Esta ideia é a mais recente de um projeto ambicioso que visa alterar o clima do planeta, refletindo, desviando ou absorvendo a radiação solar.

Um estudo realizado pelo Painel Intergovernamental das Nações Unidas para Mudanças do Clima afirma que as temperaturas irão subir entre 1,1 ºC e 6,4 ºC até o fim deste século. Russell Bewick, um dos chefes da pesquisa, declarou ao LiveScience: “As pessoas às vezes acham que a solução seria criar telas gigantes para bloquear o Sol inteiro, mas não é o caso. Eu gostaria de deixar claro que nunca sugeri que as novas técnicas substituíssem as reduções nas emissões de carbono”. Ele continua: “Podemos ganhar tempo para encontrar uma solução duradoura para combater as mudanças climáticas. A nuvem de poeira não é uma ação permanente, mas poderia compensar os efeitos das mudanças em determinado tempo para tornar lentas as medidas de como iremos capturar o carbono excedente”.

Uma proposta antiga sugeria a possibilidade de sombrearmos a Terra através de espelhos gigantescos que ficariam em órbita. Outra ideia envolve o uso de cobertores de poeira para tampar o Sol. Todas essas ideias seriam extremamente caras e a nova proposta diz que se trata de uma opção bem mais barata, no entanto, as forças gravitacionais da Terra, da Lua e do Sol dispersariam toda a poeira. Para que isso não aconteça, a equipe propõe uma ação inovadora, utilizando a própria força gravitacional para ancorar as nuvens de poeira. O asteroide seria posicionado em um ponto conhecido como Lagrange L1, um local no espaço onde o campo gravitacional do Sol e da Terra entra em equilíbrio. O L1 é cerca de quatro vezes a distância da Terra à Lua.

O asteroide seria equipado com um condutor de massa e eletroímãs que conseguiriam fazer manobras na posição do asteroide. Eles também seriam capazes de provocar desgastes na superfície para expelir mais poeira que se acumularia na nuvem. Os pesquisadores identificaram o asteroide 1036 Ganymed como o melhor candidato para a ideia. Eles acreditam que a nuvem de poeira produzida bloquearia 6,58% da radiação solar que atinge a Terra, suficiente para combater os atuais níveis do aquecimento global. A nuvem de poeira gerada seria de 5 quatrilhões de Kg de massa com 1.600 quilômetros de largura.
Fonte: Jornal Ciência

Brasil ajudará a construir observatório com 100 telescópios

Os cientistas acreditam que os raios gama atestam a existência de um "Universo não-termal", onde outros mecanismos permitem a concentração de grandes quantidades de energia em um único quantum de radiação. [Imagem: CTA]

Raios gama - Para entender de que modo corpos celestes - como remanescentes de supernovas, galáxias com núcleo ativo e quasares - emitem radiação gama, um grupo de 1.000 pesquisadores de 27 países vai construir o observatório Cherenkov Telescope Array (CTA). O experimento, que tem participação do Instituto de Física de São Carlos (IFSC), da USP, contará com tecnologia de ponta, capaz de medir a radiação gama produzida durante os fenômenos astrofísicos. A radiação gama tem energias extremamente elevadas, mas tudo indica que ela não é gerada pela emissão termal dos corpos celestes.

 Assim, os cientistas acreditam que os raios gama atestam a existência de um "Universo não-termal", onde outros mecanismos permitem a concentração de grandes quantidades de energia em um único quantum de radiação. Mas, até agora, conhecem-se muito poucas fontes emissoras de raios gama, o que dificulta esses estudos. O CTA usará uma rede de telescópios especiais capazes de detectar a radiação de Cherenkov, gerada pela cascata de partículas relativísticas produzidas quando um raio gama de alta energia atinge a atmosfera da Terra.

100 telescópios - O CTA contará com 100 telescópios Cherenkov operados conjuntamente, o que oferecerá a possibilidade de recolher dados mais refinados e imagens de mais alta resolução do que os equipamentos atuais. "Esse será o experimento mais importante dessa área nos próximos anos,", afirma o professor Luiz Vitor de Souza Filho, um dos pesquisadores envolvidos no projeto. O CTA possibilitará avanços significativos na compreensão de como os raios gama são produzidos e, portanto, de como os corpos celestes que os emitem funcionam.

"Por ser a radiação de mais alta energia, ela traz informações diferentes daquelas fornecidas pela luz visível", explica Luiz Vitor. Neste caso, qualidade e quantidade estarão em jogo, já que os 100 telescópios permitirão visualizar fontes de baixa densidade que não são enxergados pelos equipamentos atuais - a sensibilidade do CTA será 10 vezes maior do que qualquer outro observatório em funcionamento. Segundo o professor, hoje apenas se conhecem 100 fontes extraterrestres emissoras de raios gama de altas energias. Com o CTA, estima-se que esse número suba para 1.000.

Indústria nacional - Além de Luiz Vitor, mais sete pesquisadores brasileiros estão envolvidos no projeto de construção do observatório. Eles são responsáveis pela construção de partes do protótipo, sendo que uma versão experimental completa do equipamento já começou a ser construída na Alemanha. Este protótipo alemão servirá para que a tecnologia do equipamento seja testada," conta o professor do IFSC. A colaboração brasileira no CTA está trabalhando por intermédio de parcerias com a indústria nacional.

O projeto do "corpo" do telescópio foi desenhado pela empresa Orbital Engenharia, de São José dos Campos (SP), enquanto o revestimento dos espelhos, que serve para refletir a luz e protegê-los de quaisquer intempéries, está sendo desenvolvido pela empresa Opto Eletrônica, de São Carlos (SP). "No momento, temos um projeto desenvolvido pelas empresas nacionais e estamos realizando testes dos protótipos. O objetivo é criar, em parceria com essas empresas, um produto que atenda aos altos padrões do Observatório, de forma que a indústria nacional possa participar da construção dos 100 telescópios previstos", diz Luiz Vitor.

Localização do CTA - O observatório, com inauguração prevista para 2015, tem dois locais favoritos para sua instalação: Namíbia (sul da África) e Argentina. A escolha do local, que deverá acontecer no ano que vem, segue determinados requisitos, como altitude e regularidade plana do terreno, céu muito limpo, sem poluição e sem contaminação de luz. "Não foi encontrado no Brasil nenhum local que ofereça essas condições", afirma o professor do IFSC. O projeto, iniciado em 2010, é financiado por agências de fomento à pesquisa do mundo todo, inclusive do Brasil, como a FAPESP (Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo) e o CNPq (Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico).
Fonte: Inovação Tecnológica

Energia escura pode simular a forma do universo

Nós vivemos em uma época especial. Nas últimas duas décadas, cientistas vêm trabalhado sob a suposição de que sabem tudo sobre o universo. Eles sabem que a quantia da matéria e a energia que contém. Sabem que a forma é plana, e podem traçar a história dos primeiros momentos depois do big bang, e podem ainda prever o destino. Ou pelo menos, pensavam que podiam. E por que tanta confiança? Quantidades raras da radiação deixadas pelo big bang orientaram os cientistas a acreditar que poderiam trabalhar com a curvatura do universo dentro de alguns por centos. Eles determinaram quanta energia o universo contém, e existe uma forma exótica chamada energia escura, que dirige a expansão do espaço. Porém, descobertas recentes surpreendem os cientistas, mostrando que estas alegações podem ser prematuras. Como eles aprenderam mais sobre a energia escura e seu efeito na expansão do espaço e tempo, descobriram que a energia escura e a forma ou geometria do universo são entrelaçadas.

Alterando os pressupostos sobre a energia escura pôde-se modificar radicalmente as restrições na forma do universo. Igualmente, sem muitas medidas precisas da geometria, é impossível determinar a natureza e a evolução da energia escura. O estado de acontecimentos tem implicações sérias para como proceder na exploração do universo. Uma série de missões serão planejadas para investigar a energia escura, mas ao menos deverão medir a geometria corretamente, sendo que todo o esforço possa ser em vão. Em suma, os cientistas irão permanecer na incerteza sobre a energia escura. Foi Einstein quem mostrou o que sabemos através gravidade, e é realmente a geometria do espaço e tempo. Em sua teoria da relatividade descreve como o espaço-tempo é deformado e estica por qualquer coisa que o segure, em retorno, os diferentes componentes do universo irão se locomover na curva e no arqueamento do espaço-tempo. Se for aplicada a ideia de Einstein para todo espaço-tempo, será encontrado que o universo expande de acordo da geometria subjacente do próprio espaço.

A geometria do universo pode tomar três possíveis formas, cada uma é intimamente associada à quantia total de matéria e energia em cada unidade-volume do espaço. Se há muita matéria, o universo pode ter uma curvatura positiva. Isso significa que a curva é como uma superfície de uma bola e pode ruir. Agora, se existe pouca matéria, a curvatura será negativa: o universo irá curvar como um selim, voar desimpedido além da força gravitacional. Apenas se o universo tiver uma densidade exata, correspondente a alguns prótons por metro cúbico, será plano e sem curvatura. Assim, continuará expandindo para sempre, pois a energia de todos os componentes que estão voando serão balanceados pelas forças gravitacionais. Por isso que a evolução central do universo, entendendo a curvatura do espaço é uma das grandes metas da cosmologia. Antes do final dos anos 90, suspeitavam que o universo fosse aproximadamente plano. Caso contrário, teríamos flutuado ou acabado muito cedo nossa existência.

Tudo o que os cientistas têm é uma ideia inacabada. De fato, em qualquer conferência dada em cosmologia no momento, alguns modelos diferentes serão discutidos: um com a geometria plana e cheia da matéria escura, outra também plana e contendo energia escura, e mais outra que seria mais vazia que todas as outras, e teria a curvatura negativa. Para cada uma, a possibilidade que vivemos em um universo positivamente curvado pode ser proposta, mas sem observações firmes e precisas. Existe muita retórica e nenhuma conclusão. Isso mudou nas medidas da radiação microondas de fundo cósmico (cosmic microwave background – CMB), a radiação deixada do big bang, tornou-se um método mais exato e simples para usá-los. No final dos anos 60, um grupo coordenado por Yakov Zel’Dovich da União Soviética, publicou um pequeno documento, um mapa exato da radiação do CMB que tinha traços bem distintos: consistia numa distribuição aleatória de pontos quentes e frios com um tamanho característico.

O grupo de Zel’Dovich calculou a largura dos pontos quando eles foram formados 370,000 anos depois do big bang, uma era em história cósmica conhecida como recombinação. A largura dos pontos que aparecem para nós hoje depende de quão rápido o universo expandiu até então. De acordo com suposições simples e racionais sobre do que o universo foi feito, pode-se determinar a distância para a recombinação com certa exatidão. Sabendo disso, e assumindo que o universo é plano, é utilizado uma trigonometria padrão para trabalhar o tamanho angular dos pontos no céu. Se o universo não é plano, então outras regras seriam usadas. Um tamanho típico dos pontos quentes e frios em um universo plano seria de cerca de um degrau em todo o universo, aproximadamente duas vezes o tamanho angular da lua vista da terra. Se os pontos quentes e frios parecem maiores para nós, então o espaço tem uma curvatura positiva. Se parecem menores, a curvatura é negativa.

Em 1992, o satélite COBE da NASA forneceu o primeiro mapa completo dos pontos quentes e frios. As imagens foram simplesmente escurecidas para fixar a geometria do universo, mas eles provocaram uma corrida ao ouro com equipes que competiam para clarear as imagens do CMB, na esperança de chegar a mágica escala angular de cerca de 1 grau. Em 1995, cosmólogos faziam um trabalho difícil no lado obscuro da pesquisa. Com o potencial do COBE para isso ser realmente descoberto, envolveu a preparação para o lançamento e análise dos sinais coletados por dois experimentos realizados pelos balões – Maxima e Boomerang.

Ambos os experimentos levavam uma nova classe de detectores de micro-ondas que eram muito mais sensíveis dos que os usados anteriormente. Eles também tinham sido equipados com telescópios que tinham extensão mais precisa dos que do satélites COBE. Ambos significavam que poderíamos fazer um mapa mais detalhado da CMB. Já havia sido fortemente sugerido dos desejados pontos de um experimento chamado MAT/Toco. Mas em apenas alguns anos que haviam sido cortados os sinais, no início dos anos 2000, tiveram uma clara evidência dos pontos quentes e frios com características de tamanho de 1 grau. Isto significa que a geometria do universo estava quase plana. Vendo diretamente uma evidência ambígua.

Junto com medidas posteriores do satélite WMAP da Nasa, os resultados fecharam a geometria do universo em poucos por cento. Isso facilitou a vida dos cosmólogos que trabalharam duro com modelos teóricos de diferentes geometrias. Desde então havia apenas um pequeno parâmetro para ajustar – mexer com quase todos os artigos e livros que relatavam que o universo era plano. Finalmente havia alguma certeza sobre a forma do universo.
Fonte: New Scientist - http://www.newscientist.com
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