21 de nov de 2012

Como funciona a matéria escura

O telescópio espacial Hubble conseguiu captar essa visão "mais profunda" do universo.NASA/Robert Williams e a equipe do campo profundo de Hubble

Ao olhar para cima, à noite, você consegue ver inúmeras estrelas espalhadas pelo céu. Quando os astrônomos conseguem um alcance mais profundo do universo com telescópios poderosos, eles vêem muitas galáxias, organizadas em grandes aglomerados e outras estruturas. Isso pode levar você a acreditar que o universo é formado principalmente de galáxias, estrelas, gases e poeira - coisas que você consegue enxergar. Entretanto, a maioria dos astrônomos acredita que a matéria visível forma apenas uma pequena fração da massa do universo. A maior parte dele é feita de matéria que não conseguimos ver - chamada matéria escura. O que exatamente é a matéria escura? Como podemos detectá-la? Que importância ela tem no universo como um todo?
 
O que é matéria escura?
A matéria escura não pode ser vista por astrônomos com telescópios. Ela não emite nem reflete luz, por isso, não brilha como uma estrela. Basicamente, a matéria escura não pode ser vista - os cientistas conseguem apenas imaginar onde ela está com base nos efeitos gravitacionais do que eles podem ver. Não conseguimos ver a matéria escura, mas podemos detectá-la por seus efeitos na matéria normal por meio da gravidade (rotação, efeitos de lentes gravitacionais) e pelos raios-X emitidos pela matéria escura quente. Então, o que é exatamente a matéria escura? Do que é feita? Vamos analisar as teorias existentes a respeito dela.
 
Composição da matéria escura
Sejamos claros - não sabemos a natureza exata da matéria escura. Mas podemos analisar algumas possibilidades. Primeiro, a matéria escura poderia ser matéria comum, feita de prótons, nêutrons e elétrons. Essa matéria comum não emite nem absorve luz, mas mostra os efeitos gravitacionais. Veja a seguir algumas possibilidades.
 
•Anãs marrons - objetos grandes formados da mesma maneira que as estrelas, mas nunca acumularam gases e poeira suficientes para chegar à massa crítica e iniciar a fusão do hidrogênio (veja Como funcionam as estrelas, Como funciona o Sol). As anãs marrons têm cerca de 5% da massa do Sol, isto é, são geralmente maiores que um planeta, mas não tão grandes quanto uma estrela. Os astrônomos chamam essas "estrelas" e objetos semelhantes de Machos (Massive Compact Halo Objects - Objetos massivos compactos de halo). Os Machos podem ser detectados pelos efeitos de lentes gravitacionais. Os astrônomos acham que as anãs marrons não são numerosas o bastante para serem responsáveis pela matéria escura na galáxia.
 
•Anãs brancas - são os restos dos núcleos de estrelas pequenas e médias mortas (veja Como funcionam as estrelas). Embora existam muitas anãs brancas, elas não são suficientes para formar a matéria escura (deveria haver grande quantidade de hélio remanescente delas, mas isso não foi observado).
 
•Estrelas de nêutrons/buracos negros - são os últimos restos dos núcleos das grandes estrelas após as explosões de supernovas (veja Como funcionam as estrelas, Como funcionam os buracos negros). Embora tenham efeitos gravitacionais grandes e sejam invisíveis uma vez que não conseguem evitar que a luz escape (buracos negros), são muito raras para justificar a matéria escura.
 
Em segundo lugar, a matéria escura pode ser um tipo totalmente novo de matéria, ou matéria extraordinária. A matéria extraordinária consiste provavelmente em partículas subatômicas que interagem muito pouco com a matéria comum e foram chamadas de WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles - Partículas de grande massivas francamente interagentes).
 
•Neutrinos - partículas subatômicas que se movem com velocidades próximas a da luz, mas possuem pouca massa. Essas partículas provavelmente formam pouca matéria escura dentro das galáxias, pois movimentam-se com tanta rapidez que conseguem escapar da força gravitacional da galáxia. Entretanto, podem constituir alguma matéria escura entre as galáxias. Por isso, duvida-se que elas formem muita matéria escura.
 
•Novas partículas subatômicas - poderia haver muitas dessas partículas propostas. Muitas originam-se da teoria da supersimetria, que dobra o número de partículas do modelo padrão (veja ­Como funcionam os aceleradores de partículas). Elas se movem com uma certa lentidão e são relativamente frias (isto é, não detectáveis pelos telescópios de infravermelho e raio X). Os físicos especialistas em partículas estão tentando encontrar evidências de que essas partículas teóricas expliquem a matéria escura.
 
•Neutralinos (neutrinos "massivos") - partículas hipotéticas semelhantes aos neutrinos, mas mais pesadas e lentas. Embora não tenham sido descobertas, são o principal candidato para a matéria escura extraordinária.
 
•Áxions - pequenas partículas neutras e de pouca massa (menos de um milionésimo da massa de um létron)
 
•Fotino - semelhante aos fótons, mas com massa de 10 a 100 vezes maior que a de um próton. Os fotinos são neutros e interagem de forma fraca com a massa. Os cientistas estimam que a matéria comum pode construir até 20% da matéria escura do universo.
Fonte: http://ciencia.hsw.uol.com.br

Phobos, a lua condenada de Marte

Marte é um planeta muito popular. Ele faz as manchetes tantas vezes, que nós até nos esquecemos de outros elementos interessantes, como sua lua Phobos, por exemplo. O planeta vermelho leva o nome do deus romano da guerra, e suas duas pequenas luas, Phobos e Deimos, têm nomes derivados do grego que significam “medo” e “pânico”, respectivamente. Um belo conjunto assustador. Segundo estudos, as luas marcianas podem ser na verdade asteroides capturados pela atração do planeta, originários do cinturão de asteroides que fica entre Marte e Júpiter, ou talvez originários de locais ainda mais distantes do sistema solar.

Observações anteriores de Phobos em comprimentos de onda visível e em infravermelho sugeriram a possível presença de condritos carbonados. Os cientistas pensam que esse material rico em carbono, rochoso, que sobrou da formação do sistema solar, é o que origina os asteroides do chamado “cinturão principal” entre Marte e Júpiter. Porém, outras teorias também levantam a possibilidade de que Phobos seja na verdade feita de pedras que partiram da superfície marciana durante um evento catastrófico.

O material teria decolado da superfície de Marte por causa de uma colisão com uma rocha espacial, e se aglutinado para formar a lua. Phobos, como se pode ver na foto acima, de fato se parece mais com um asteroide, tendo uma forma bastante irregular e aparência cheia de crateras. Sua aparência ou origem, no entanto, não são os únicos, nem os principais, problemas de Phobos. A lua orbita tão perto de Marte – cerca de 5.800 quilômetros acima da superfície do planeta, em comparação com 400.000. quilômetros entre nosso planeta e nossa lua – que as forças gravitacionais do planeta vermelho a arrastam para baixo. Em 100 milhões de anos, Phobos provavelmente será terrivelmente abalada pelo estresse causado pelas forças gravitacionais implacáveis de Marte, e seus restos em decomposição formaram um anel ao redor do planeta. A imagem do artigo foi feita pela sonda Mars Reconnaissance Orbiter, em uma resolução de cerca de sete metros por pixel.
Fonte: Hypescience.com
[NASA]

A irresistível influência magnética de um buraco negro

O ambiente em torno de um buraco negro é uma verdadeira bagunça que os pesquisadores ainda não compreendem direito. Agora, graças a um novo estudo das Universidades Stanford e Princeton (ambas nos EUA), a “confusão” toda faz um pouco mais de sentido. Usando modelos tridimensionais baseados em simulações, os pesquisadores Jonathan McKinney, Alexander Tchekhovskoy e Roger Blandford mostraram como o acúmulo de forte campo magnético em buracos negros pode explicar os jatos de plasma que voam para fora de alguns deles. A simulação de computador mostra como o spin (“giro”) de um buraco negro pode alinhar com o material em forma de disco que o orbita, bem como com os jatos super-rápidos que voam para fora do mesmo.

Buraco negro e campos magnéticos
Os pesquisadores já tinham observado que buracos negros com discos finos tendiam a se alinhar (o disco se alinhava com o eixo de rotação do buraco negro), devido ao efeito Bardeen-Petterson (forças viscosas que causam o fluxo do disco a se dividir em duas regiões distintas). Por que discos maiores faziam o mesmo de vez em quando, no entanto, era um mistério. Parece que a resposta para toda a atividade maluca no ambiente de alguns buracos negros é o campo magnético. Os buracos negros começam, essencialmente, como esferas de massa com forte atração gravitacional.

Conforme gás, estrelas e outros materiais passam por eles, os buracos negros atraem e absorvem não apenas a massa desses objetos, mas também seus campos magnéticos. Com isso, os buracos negros vão se tornando mais e mais magneticamente carregados. A simulação mostra que, nos casos em que um buraco negro adquire um campo magnético muito forte, o “giro” do objeto pode torcer o espaço-tempo ao seu redor, fazendo com que as linhas do campo magnético se torçam em espirais ao longo do eixo de rotação do buraco negro. Essas linhas de campo magnético torcidas produzem jatos de plasma (gás quente) que voam para fora do buraco negro ao longo de seu eixo de rotação.

O campo magnético também pode afetar o alinhamento da matéria circulando o buraco negro, que muitas vezes toma a forma de um disco espesso parecido com uma rosquinha. Este disco também se alinha com a orientação do giro do buraco negro, se o campo magnético for forte o suficiente. “Os campos magnéticos intensos mudam a dinâmica de todo o sistema, incluindo os jatos emergentes. É surpreendente como todo o sistema se alinha”, explica Tchekhovskoy. As regiões em torno dos buracos negros são muito difíceis de se observar com telescópios, mas os astrônomos estão cada vez mais próximos de conseguirem estudar de perto esses sistemas. O novo modelo pode ajudar na hora dessas observações, revelando o que os astrônomos estão vendo quando chegarem perto o suficiente destes sistemas. Nosso estudo é bastante relevante para a construção de modelos que serão usados para interpretar essa informação, afirma Tchekhovskoy.
Fonte: Hypescience.com

Nêmesis e a hipotética possibilidade do Segundo Sol

Arte: Gráfico mostra a hipotética órbita de Nêmesis dentro do Sistema Solar. Créditos: Apolo11.com.
A olho nu não se percebe, mas estima-se que uma em cada três estrelas da Via Láctea tenha uma companheira. Se o número estiver correto, nosso Sol faria parte de uma minoria de estrelas. No entanto, algumas teorias afirmam o contrário e uma pequena estrela-irmã também estaria orbitando nosso Sol. Em 1980, astrofísicos estadunidenses levantaram pela primeira vez a hipótese de que o Sol também teria uma companheira, o que tornaria o Sistema Solar um sistema duplo de estrelas, a exemplo de Alpha Centauro. Essa hipotética companheira foi batizada de Nêmesis.

Segundo Sol
Segundo a hipótese, Nêmesis seria uma estrela pequena e escura do tipo anã marrom, com uma orbita milhares de vezes mais distante que Plutão e que levaria pelo menos 26 milhões de anos para completar uma revolução ao redor do Sol. De acordo com alguns estudos, essa longa periodicidade faria a estrela atravessar eventualmente a Nuvem de Oort, arremessando para todos os lados milhões de asteroides ou cometas que poderiam se chocar contra a Terra.

Na visão de alguns pesquisadores, mais ou menos a cada 30 milhões de anos ocorrem gigantescos eventos de extinção em massa, associados ao surgimento de uma grande cratera de impacto como a originada há 65 milhões de anos com a queda de um cometa seguida da possível extinção dos dinossauros. Para os defensores da teoria de Nêmesis, essa seria uma das evidências de sua existência, mas a ausência de um campo gravitacional inequívoco ou crateras marcantes fez com que a possibilidade da existência do segundo Sol permanecesse apenas na teoria.

Sedna
Após a descoberta do planeta-anão Sedna, em novembro de 2003, a possibilidade da existência de Nêmesis foi novamente levantada. Para o astrônomo estadunidense Michael Brown, autor da descoberta, a órbita de Sedna é uma incógnita ainda sem explicação concreta. De acordo com Brown, o planeta-anão está em um lugar que não deveria. Sua órbita não o coloca próximo o suficiente para ser afetado pelo Sol nem afastado o bastante para ser influenciado por outras estrelas conhecidas.

No entender de alguns pesquisadores, essa estranha órbita poderia talvez ser justificada pela presença de um objeto com massa entre 3 e 5 vezes a de Júpiter. Devido ao tamanho, esse hipotético objeto não seria observável no espectro visível, mas emitiria grande quantidade de radiação no comprimento de onda do infravermelho.

Telescópio Wise
Lançado em dezembro de 2009 com o objetivo de mapear o céu no espectro infravermelho, o telescópio espacial WISE talvez seja a esperança para encontrar Nêmesis. O telescópio já fez inúmeras descobertas importantes e detectou dezenas de novos cometas, mas a gigantesca quantidade de dados gerados ainda está sendo garimpado e a descoberta ou não da possível companheira do nosso Sol ainda poderá levar anos.
Fonte: Appolo11.com - http://www.apolo11.com/spacenews.php?titulo=Nemesis_e_a_hipotetica_possibilidade_do_Segundo_Sol&posic=dat_20121121-094708.inc

Velocidade de dobra é mais factível do que se imaginava

Se a teoria estiver correta, o primeiro desafio a vencer é descobrir como produzir "energia negativa", necessária para contrair e expandir o tecido do espaço-tempo. [Imagem: NASA]
Viagens interestelares
Um evento chamado "Espaçonave Interestelar em 100 Anos" parece ser o lugar ideal para quem quer discutir ideias mirabolantes para o futuro da exploração espacial. Mas não exatamente o lugar onde procurar ideias para colocar em prática a curto prazo. É por isso que está causando furor uma apresentação feita pelo cientista Harold White, do Centro Espacial Johnson, da NASA, durante o evento. White propôs nada menos do que um experimento de laboratório, a ser realizado nos próximos meses, para demonstrar que as viagens espaciais acima da velocidade da luz são possibilidades com um nível de "concretude" muito além do imaginado até agora - ou, também se poderia dizer, são "menos impossíveis" do que se supunha. As viagens espaciais interestelares não podem ser realizadas com as tecnologias conhecidas hoje porque as naves são lentas demais. A Voyager 1, por exemplo, que é o artefato construído pelo homem a atingir a maior distância da Terra, está a 17 horas-luz de distância, mesmo viajando continuamente desde 1977. Isso porque ela viaja a 0,006% da velocidade da luz. A Voyager levará 17.000 anos para percorrer 1 ano-luz - e a estrela mais próxima de nós, Alfa Centauri, está a 4,3 anos-luz.

Velocidade de dobra
As viagens em velocidade superluminal - acima da velocidade da luz - são comuns na ficção científica, onde são conhecidas como viagens em velocidade de dobra - ou warp - uma referência a dobras no tecido do espaço-tempo. A Teoria da Relatividade estabelece que nada pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz. Mas ela não impõe nenhum limite para a velocidade com que o tecido do espaço-tempo pode se contrair ou expandir. É fácil entender essa "brecha na lei": imagine duas lâmpadas, uma ao lado da outra, piscando alternadamente. A velocidade máxima com que a luz de cada uma delas chegará aos seus olhos será sempre a velocidade da luz. Mas a velocidade com que elas alternam as piscadas não tem nenhum limite. No caso da viagem em velocidade de dobra, o truque é colocar a espaçonave dentro de uma "bolha" e fazer com que o espaço-tempo à frente da bolha se contraia, expandindo-se logo atrás da bolha. A espaçonave vai literalmente surfar pelo espaço-tempo, sem nenhuma aceleração. Na verdade, em termos da velocidade da luz, a espaçonave estará totalmente parada em relação ao seu referencial, que é o seu "tapete mágico" de tecido espaçotemporal.
O conceito inicial da viagem de dobra que está sendo explorado foi proposto pelo físico mexicano Miguel Alcubierre. [Imagem: Harold White]

Energia negativa
Em 1994, o físico mexicano Miguel Alcubierre propôs um esquema para fazer isso, envolvendo um tipo de "matéria exótica", com energia negativa, que ninguém sabe se existe. Além disso, para dar a partida na bolha de dobra, a proposta de Alcubierre exigiria energia negativa equivalente à massa do Universo. O esquema foi aprimorado por outros cientistas, que chegaram a uma quantidade de energia negativa equivalente à massa de Júpiter. O que o Dr. Harold White fez agora foi redesenhar o projeto inicial de Alcubierre, que previa uma nave espacial em formato de charuto circundada por um anel feito da matéria exótica e desconhecida, que seria o responsável por contrair o espaço à frente e expandi-lo atrás da nave. Ao usar um anel de material arredondado - imagine um anel feito de um cano - White refez os cálculos e descobriu que será necessário usar apenas algumas centenas de quilogramas de energia negativa. E, embora ninguém tenha a menor ideia de em que situação essa energia negativa possa ser encontrada ou produzida, White afirma que a ideia pode ser demonstrada em laboratório, em microescala.

Dobras espaçotemporais
É o que White pretende fazer em um novo laboratório que está sendo criado pela NASA, por enquanto conhecido informalmente como Eagleworks. Ele está usando um tipo especial de interferômetro a laser, chamado Interferômetro de Campo de Dobra White-Juday, para criar versões microscópicas das dobras espaçotemporais. O equipamento tem precisão suficiente para fazer o espaço-tempo se contrair e expandir apenas uma parte em 10 milhões, mas será o suficiente para demonstrar a viabilidade do conceito. Se o experimento der certo, outros cientistas poderão se sentir encorajados a encarar os muitos problemas que ainda restarão para tornar realidade as viagens interestelares. Entre esses problemas estão o fato de que as teorias ainda não sabem como ordenar ao mecanismo de dobra espacial para onde ele deve ir - se para frente ou para trás, por exemplo - e, para onde quer que ele vá, como é que se faz para pará-lo.
Fonte: Inovação Tecnológica

Anel de Diamante e As Bandas de Sombras

Crédito da imagem e direitos autorais: Stephen Mudge
À medida que a fase total do eclipse solar da última semana vai chegando ao fim, a luz do Sol consegue passar pela borda da Lua criando a aparência de um anel de diamante brilhando no céu. E enquanto a maior parte dos observadores do eclipse não consideram as nuvens como um bom sinal para a observação do eclipse, uma visão como a mostrada acima, feita através de finas nuvens sobre o norte de Cairns em Queensland, na Austrália, também revelaram essas impressionantes bandas de sombras. Projetadas nas camadas de nuvem, as bandas são paralelas a luz emergente do Sol no anel do diamante. Causadas pela turbulência na atmosfera da Terra que refrata a luz do Sol, as estreitas bandas foram capturadas numa impressionante exposição de 1/1000 segundos.
Fonte: http://apod.nasa.gov/apod/ap121121.html

Aglomerados de galáxias conectados por ponte de gás

Aglomerados de galáxias conectados por ponte de gás.© ESA
A Agência Espacial Europeia (ESA) confirmou que o telescópio espacial Planck descobriu pela primeira vez de forma conclusiva uma "ponte" de gás quente que liga um par de aglomerados de galáxias. Os astrônomos detectaram um filamento de gás que liga os dois aglomerados de galáxias Abell 399 e Abell 401, a mais de 10 milhões de anos-luz, a uma temperatura de 80 milhões de graus Celsius. O satélite Planck foi lançado em 2009 para analisar a luz fóssil que o Big Bang produziu há mais de 13 bilhões de anos. Seus resultados confirmam dados precedentes do satélite de observação de raios X XMM-Newton da ESA, que sugeriam a presença de gás quente, não só dentro dos aglomerados de galáxias, mas também entre eles. O sinal não era então suficiente para concluir que houve uma verdadeira detecção.

Os resultados do Planck se baseiam na observação da marca característica deixada pelo gás quente na luz fóssil, um fenômeno conhecido como efeito Sunyaev-Zel'dovich, nome de um de seus descobridores. Este efeito já foi usado pelo Planck para detectar os próprios aglomerados de galáxias, mas fornece ainda um meio de detectar filamentos frágeis de gás que poderiam conectar aglomerados entre eles.  No Universo primordial, filamentos de matéria gasosa teriam invadido o cosmos em uma tela gigante, com aglomerados que se formavam nos nós mais densos. Grande parte deste gás não foi detectada ainda, mas os astrônomos pensam que podem encontrá-lo entre aglomerados de galáxias em interação, onde os filamentos estão comprimidos e aquecidos, fazendo com que sejam mais fáceis de detectar.
Fonte: http://www.esa.int/esaCP/
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...