4 de mar de 2013

Físicos chegam mais perto da quinta força fundamental da natureza

As interações spin-spin de longo alcance (linhas na imagem) permitem que os elétrons (pontos vermelhos) na superfície “sintam” os elétrons no interior da Terra

Mistérios do universo nunca para. Apesar do tão sonhado bóson de Higgs ter sido, aparentemente, finalmente encontrado, os cientistas agora estão no encalço de outra partícula que pode estar ligada a uma nova força fundamental da natureza. Um estudo do Amherst College e da Universidade do Texas, em Austin, ambos nos EUA, está usando a própria Terra como laboratório para detectar partículas elusivas que podem comprovar a existência de uma “quinta força” fundamental no universo. Essa nova força deve operar além das quatro forças fundamentais familiares aos físicos: gravidade, eletromagnetismo, força nuclear forte e força nuclear fraca. Ela deve permitir que partículas subatômicas “sintam” umas às outras em distâncias extremamente grandes. A nova força carrega o que é chamado de interação spin-spin de longo alcance. Interações spin-spin de curto alcance acontecem o tempo todo: ímãs grudam na geladeira porque os elétrons do ímã e os do aço na geladeira estão todos girando em torno da mesma direção, por exemplo. Já as interações de longo alcance são mais misteriosas.
 

Quinta força: a origem

Existem três possibilidades para estabelecer de onde essa possível nova força vem. A primeira é uma partícula denominada “não partícula” (unparticle, no termo em inglês), que se comporta como fótons (partículas de luz) em certas formas, e como partículas de matéria em outras. A segunda é uma partícula chamada de Z’, um primo mais leve do bóson Z, que traz a força nuclear fraca. Ambas a não partícula e a Z’ podem existir a partir de extensões das atuais teorias físicas (Modelo Padrão da Física). A terceira possibilidade é a de que não há nenhuma nova partícula, mas sim a teoria de relatividade tem algum componente que afeta o spin (momento angular dos elétrons).
 

Interações spin-spin de longo alcance

As interações spin-spin mais normais, do tipo ímã de geladeira, são mediadas por fótons e operam apenas em distâncias muito curtas. Interações spin-spin de longo alcance não parecem diminuir ou enfraquecer com a distância, entretanto. Os físicos têm procurado as partículas que carregam esse tipo de interação há anos, mas não a encontraram ainda. Apesar dos cientistas interpretarem a interação magnética entre os spins de duas partículas como sendo uma consequência da troca de “fótons virtuais”, alguns têm sugerido que pode haver outros tipos de partículas, além dos fótons, que podem ser trocadas virtualmente entre dois spins. Os pesquisadores têm tentado identificar essa partícula, mas os resultados até agora não têm sido conclusivos. O novo experimento, entretanto, coloca limites mais rigorosos de quão forte pode ser esta nova força, o que dá aos físicos uma ideia melhor de onde procurar por ela.
 

Não partícula

A não partícula foi proposta pela primeira vez em 2007 pelo físico Howard Georgi, da Universidade Harvard (EUA). Partículas têm uma massa definida, a menos que sejam fótons, que não têm massa. A massa de um elétron ou próton não pode mudar: se você alterar sua massa (e, portanto, sua energia), você altera o tipo de partícula que ela é. Não partículas teriam massa e energia variáveis. A interação spin-spin de longo alcance seria uma propriedade fundamental destas partículas. As tentativas do novo estudo não revelaram uma nova partícula ligada à força, mas mostraram que a interação spin-spin de longo alcance precisa ser menor por um fator de 1 milhão do que as experiências anteriores haviam sugerido. Se ela de fato existir, é tão pequena que a força gravitacional entre duas partículas, como um elétron e um nêutron, é um milhão de vezes mais forte.
 

A pesquisa

Os cientistas já sabiam que a força que estavam procurando seria fraca e só poderia ser detectada através de distâncias muito longas. Então, precisavam encontrar um lugar onde toneladas de elétrons estivessem “apertados” uns ao lado dos outros para produzir um sinal mais forte – e escolheram o manto da Terra. Em seguida, projetaram um equipamento para tentar detectar interações entre os “geoelétrons” neste manto e partículas subatômicas na superfície da Terra. Essencialmente, os pesquisadores estudaram se os spins de elétrons, nêutrons e prótons medidos em vários laboratórios ao redor da Terra podiam ter uma energia diferente dependendo de sua orientação em relação à Terra. Os spins polarizados se originam principalmente de elétrons de minerais ricos em ferro no manto da Terra, que se alinham com o campo magnético do planeta. “Nossos experimentos eliminaram [a possibilidade] dessa interação magnética, então procuramos por alguma outra interação em nossos spins experimentais. Uma das interpretações dessa ‘outra interação’ é que pode ser uma interação de longo alcance entre os spins em nosso equipamento e os spins dos elétrons no interior da Terra, que estão alinhados pelo campo geomagnético”, explicou Larry Hunter, um dos cientistas do estudo.
 
No manto da Terra, existem muitos elétrons. Amostras preparadas em laboratórios seriam mais controláveis, mas menos abundantes. Graças ao grande número de elétrons polarizados, o estudo foi capaz de limitar a magnitude da interação spin-spin entre dois elétrons muito distantes um do outro para um valor cerca de um milhão de vezes menor do que a sua atração gravitacional. Os cientistas também mapearam as direções e densidades dos spins dos elétrons no interior da Terra. Esse mapa da magnitude e direção dos spins dos elétrons através do planeta deve ajudar na elaboração de novos experimentos mais precisos, que possam finalmente detectar a quinta força fundamental, se ela for real. Além de estreitar a busca pela nova força, o experimento também apontou para uma outra maneira de estudar o interior da Terra. Os modelos atuais às vezes oferecem respostas inconsistentes a respeito de por que, por exemplo, as ondas sísmicas se propagam através do manto da maneira como se propagam. A quinta força seria uma forma de “ler” as partículas subatômicas lá embaixo, ajudando os cientistas a compreender tal discrepância. As descobertas da pesquisa aparecem na edição de 22 de fevereiro da revista Science.
Fonte: Hypescience.com
LiveScience

Milionário planeja primeira missão tripulada a Marte em 2018

Dennis Tito, primeiro turista espacial da história, quer enviar um casal para uma viagem de ida e volta, de 501 dias, ao Planeta Vermelho, 12 anos antes da Nasa
Simulação de cápsula que levará turistas espaciais a Marte em 2018 (Divulgação/Inspiration Mars)
 
2018 deverá ser o ano em que a humanidade chegará a Marte. Nesta quarta-feira, o multimilionário americano Dennis Tito, primeiro turista espacial da história (em 2001, ele pagou 20 milhões de dólares para passar sete dias no espaço a bordo de uma nave russa), anunciou a "Inspiração Marte", nome da primeira missão tripulada da história ao Planeta Vermelho. O lançamento está previsto para o dia 5 de janeiro de 2018, e a viagem terá duração de 501 dias, entre ida e volta. Nesta época, o alinhamento das órbitas de Marte e Terra diminui a distância entre os dois planetas. "Este périplo histórico de 501 dias, com um sobrevoo do planeta vermelho a menos de 160 quilômetros de altitude, é possível graças a um estranho alinhamento planetário que ocorre a cada cinco anos", disse Tito, de 72 anos, durante coletiva de imprensa.
 
O empresário não informou o custo do projeto, mas, segundo o presidente da empresa privada Mars Society, Robert Zubrin, uma missão assim seria realizável com "um ou dois bilhões de dólares". Apesar da cifra, a viagem espacial a Marte é considerada de baixo custo, e um marco na exploração privada do espaço. "A exploração humana do espaço é um catalisador essencial para o crescimento e a prosperidade futura dos Estados Unidos", afirmou o multimilionário. "Trata-se de uma missão para os Estados Unidos que vai gerar conhecimento, experiência e impulso para a nova grande era da exploração espacial que inspirará a próxima geração de exploradores."

Candidatos 
 A missão usará a tecnologia existente e transporte espacial previamente testado, derivado do setor aeroespacial privado, da Nasa e da Estação Espacial Internacional (ISS). A "Inspiração Marte" deverá chegar 12 anos antes da meta que a agência espacial americana estabeleceu para suas próprias missões tripuladas ao planeta. O sistema utilizado consistirá em uma cápsula modificada, propulsionada fora da órbita terrestre com uma única manobra para se posicionar na trajetória de Marte. Após o lançamento, um módulo tripulável inflável será acionado. Neste módulo, ficarão os dois candidatos a turistas em Marte. Os potenciais candidatos deverão ser funcionários de Tito — um homem e uma mulher já fora da idade reprodutiva.
 
Tito prefere que seja um casal que consiga viver mais de um ano em espaço reduzido, e que já tenha idade avançada, uma vez que os astronautas podem ser expostos a altos níveis de radiação, superiores aos limites aceitos pela Nasa. Essa exposição pode multiplicar as chances de contrair câncer, além de afetar a capacidade reprodutora da tripulação. Embora ainda não tenham sido escolhidos, dois candidatos já estão a postos: Taber MacCallum, de 49 anos, e sua esposa, Jane Poynter, de 50. Ambos são co-fundadores da Paragon Space Development Corporation, uma empresa especializada em sistemas de suporte para as naves espaciais, e os dois trabalham no projeto "Inspiração Marte".
Fonte: Veja

Uma análise sobre as viagens interestelares e suas imensas distâncias

Certo dia o site de um jornal de grande circulação em São Paulo publicou a notícia da descoberta de um exoplaneta: o GJ667Cc. Situado na constelação de Escorpião, o astro está a 22 anos-luz da Terra. Curioso é que, entre os comentários dos leitores, muitos alegavam que uma viagem até lá “levaria 22 anos”. Será? Em primeiro lugar, é preciso entender que ano-luz não se trata de uma referência ao tempo consumido em eventuais viagens espaciais. Segundo a União Astronômica Internacional (UAI), ano-luz é o período em que a luz atravessa no vácuo durante um Ano Juliano (365,25 dias). Logo, trata-se de uma medida de comprimento usada para simplificar gigantescas distâncias entre a Terra e corpos celestes. Cada ano-luz corresponde a 9.460.730.472.580,8 quilômetros de distância. Entretanto, é muito comum vê-la ser “arredondada” para 10 trilhões de quilômetros.
 Isso porque o termo ano-luz é mais difundido em publicações não segmentadas em ciências que na própria comunidade astronômica. Astrônomos geralmente usam outra medida, o parsec – mas isso é assunto aos próximos textos. Diante dessas constatações, o que seria necessário para que uma viagem ao GJ667Cc durasse 22 anos? Estar em uma nave espacial capaz de igualar a velocidade da luz: aproximadamente 300 mil quilômetros por segundo. Contudo, há um detalhe: mesmo que o homem já tivesse construído uma espaçonave apta a percorrer distâncias astronômicas, não seria possível atingir velocidade próxima à da luz imediatamente. Segundo Stephen Hawking, uma nave transportando humanos poderia acelerar até 98% da velocidade da luz em um período de seis anos. Consequentemente, o tempo da viagem ao GJ667Cc seria maior que esses 22 anos.
Para se ter uma noção, Alpha Centauri A (uma das três estrelas do sistema Alpha Centauri, também conhecida como Rigil Kentaurus ou Rigel Centaurus), segunda estrela fora do Sistema Solar mais próxima à Terra, está a aproximadamente 4,3 anos-luz da Terra. Sob 99,99% da velocidade da luz, haveria um acréscimo aproximado de 3h30 à ida até Centauri. Veja bem: a 99,99% da velocidade da luz durante toda a viagem! Em dezembro de 2010, a NASA anunciou que a sonda Voyager 1, então a 17,3 bilhões de quilômetros distante do Sol, viajava a 17 quilômetros por segundo – apenas 0,0057% da velocidade da luz. Sob tal velocidade, a nave levaria cerca de 80 mil anos para chegar à Centauri A. Desse modo, uma viagem até GJ667Cc duraria mais de 400 mil anos! Números como esses dão uma noção de quão distante estamos de realizar as ditas viagens interestelares pelo meio de viagem a bordo de uma espaçonave.
Fonte: Jornal Ciência.com
 

Lua de Saturno produz tempestades tropicais assim como na Terra

Saturno é um planeta gasoso, composto principalmente por hidrogênio, e é o segundo maior planeta do Sistema Solar, depois de Júpiter.  
Ele é conhecido desde 1610 quando Galileu conseguiu observá-lo pela primeira vez. Este planeta tem um número elevado de satélites naturais, até agora 61 já foram descobertos. Dentre todas as luas de Saturno, Titã é a maior, cujo diâmetro é de aproximadamente 5.280 quilômetros, sendo maior que o planeta Mercúrio. Além disso, esse satélite natural possui características interessantes para os cientistas planetários, como por exemplo, a existência de água líquida a uma profundidade consideravelmente pequena de sua superfície, e também a existência de uma atmosfera rica em metano, o que se assemelha em muito com a atmosfera primitiva da Terra. A superfície de Titã possui temperatura máxima de - 180°C, entretanto é possível que haja ciclones tropicais próximo ao seu pólo norte. Esta informação parece estar totalmente equivocada, ou ao menos, não parece fazer sentido nenhum.

 Porém, segundo o especialista Tetsuya Tokano da University of Cologne, na Alemanha, Titã não tem apenas ocorrências de ciclones, mas também há chuva. O fenômeno tão conhecido aqui na Terra é, em Titã, um pouco distinto, já que o satélite apresenta uma temperatura tão baixa que a sua chuva esta sob a forma de metano líquido, e não de água propriamente. Embora já tenham sido detectados ciclones em Marte e Saturno, o que acontece no satélite Titã é algo raro de ser ver. O ciclone tropical é um caso especial que é impulsionado pelo calor de evaporação de mar quente. Estas tempestades envolvem uma grande quantidade de chuva e ventos fortes, aspectos naturais estes só encontrados na Terra, até então. Baseado nestas informações, Tokano decidiu calcular quais elementos eram necessários para que Titã pudesse ter seus próprios minifuracões.

Segundo o pesquisador, a combinação certa de hidrocarbonetos presentes nos lagos e mares da lua seria fundamental neste processo. “Nós sabemos que provavelmente exista etano e metano lá”, diz ele. O metano é muito importante porque evapora com mais facilidade, e poderia provocar calor suficiente para produzir uma tempestade. A tempestade produzida não seria tão poderosa como os furacões e tufões que existem na Terra, mas ela pode conduzir ventos de superfície de até 20 metros por segundo (72 quilômetros por hora), o que significa que é 10 vezes superior a velocidade média de vento em Titã. Se fosse comparado com os efeitos na Terra, seria equivalente aos ventos de uma tempestade tropical média.

 Seriam necessários dois terços dessa velocidade para produzir um furacão de grande escala. Além disso, Tokano também considerou o local no qual essas tempestades poderiam se formar, e descobriu que os três mares de Titã: Kraken Mare, Ligeia e Punga, são os únicos que suportariam o crescimento de um ciclone tropical. Os três estão localizados próximo ao pólo norte de Titã. De acordo com o cientista, as tempestades podem se formar no verão do hemisfério norte de Titã e durar cerca de 10 dias. Com a primavera no norte de Titã, o aquecimento solar do pólo norte deve induzir ao desenvolvimento de possíveis tempestades entre 2015 a 2021. Vale ressaltar que Titã está tão longe do Sol, se comparado a sua distância em relação à Terra, que o seu ano e estações são, portanto, bem mais longos.
Fonte: Jornal Ciência.com

Telescópios gigantes serão construídos em busca de oxigênio em exoplanetas

A incógnita sempre existiu! O ser humano se pergunta: Estamos sós no Universo?

Os cientistas se dividem sobre o tema, mas não há relato científico que comprove vida extra-terresetre. Pelo menos até agora! Telescópios construídos no Chile estão sendo utilizados para uma função que não havia sido planejada: detectar oxigênio em outros planetas.  A vida no planeta Terra, tal qual conhecemos, seria inconcebível sem a presença do oxigênio, componente indispensável para organismos dos mais simples aos mais complexos, desde bactérias aeróbias, plantas ou mamíferos – com exceção das bactérias anaeróbicas. Estes telescópios têm a capacidade de investigar a luz que passa pela atmosfera de exoplanetas, destrinchando e observando minuciosamente a composição de alguns gases presentes na atmosfera de cada um deles. Tudo isto com base nas substâncias que absorvem faixas de comprimento de ondas específicos. No entanto, não são sensíveis o suficiente para “explorar” em planetas pequenos e rochosos. O pesquisador Ignas Snellen do observatório de Leiden na Holanda afirma que está observando planetas do tamanho de Júpiter. Encontrar oxigênio ainda é tarefa difícil, é preciso que um exoplaneta (planeta fora do nosso Sistema Solar) esteja em boas condições de observação.
E vem por aí um novo telescópio! 
Snellen e seus colegas calculam que o “European Extremely Large Telescope” deverá estar pronto na próxima década em Cerrro Armazones, uma montanha chilena. Será um telescópio de capacidade de observação extraordinária devido ao seu porte, possuirá um espelho central de 39 metros o que proporcionará observar estrelas muito distantes até mesmo de outras galáxias. O trabalho será lento, pois calcula-se que será necessário esperar de 4 a 400 anos para que as condições de observação estejam perfeitas. A equipe de Snellen também sugere a construção de um conjunto de "baldes de fluxo"; são telescópios baratos que coletam luz. Estes não podem ser utilizados para produzir imagens detalhadas como acontece com os observatórios grandes, mas podem permitir a análise de oxigênio necessária para constatar a presença deste gás. Segundo Jack Omalley James da Universidade de St Andrews em Fife, no Reino Unido: “É interessante ter alternativas mais baratas para as investigações espaciais”. Ele ressalta ainda que detectar oxigênio em outros planetas não é causa determinante para concluir que existe vida ali, pois outros planetas podem apresentar composição química de gases completamente diferente à existente na Terra.
Fonte: Jornal Ciência


Matéria escura: Estamos cada dia mais próximos de descobrir a verdade

Novas notícias sobre esta surpreendente forma que ainda não foi comprovada, de fato.
Especulações teóricas não faltam para definir a matéria escura, no entanto, só agora cientistas obtêm dados relevantes que podem corroborar com mais resultados significativos esclarecendo melhor este fenômeno. Algumas teorias físicas sugerem que a matéria escura é feita de WIMPS – Partículas de Massa de Interação Fraca – um tipo de partícula semelhante à sua própria antimatéria. Quando os pares de matéria e antimatéria se encontram, elas se destroem, o que leva a concluir que se duas partículas WIMPS se colidem; elas são aniquiladas, gerando um rebento, uma partícula filha que é composta de um elétron e sua contraparte de antimatéria, o pósitron. O Espectrômetro Magnético Alfa é a ferramenta capaz de detectar os pósitrons e os elétrons decorrentes da aniquilação da matéria escura na Via Láctea.
 
O aparelho instalado na Estação Espacial Internacional custou 2 bilhões de dólares e já observou até agora 25 bilhões de eventos de partículas, entre eles cerca de 8 bilhões de elétrons e pósitrons. Esta primeira avaliação irá determinar quanto de cada uma dessas partículas foi encontrada e quais os tipos de energia presentes. Se o experimento detectar uma abundância de pósitrons, chegando a uma certa energia, será fator determinante para confirmar a presença de matéria escura, porque quanto mais elétrons no Universo, menores as chances de encontrar pósitrons. Os pósitrons produzidos pela destruição da matéria escura têm uma energia muito específica, segundo Michael Turner, cosmólogo da Universidade de Chicago. Ele disse que: “A principal característica da arma de fumaça é que existe um aumento seguido de uma queda acentuada”, referindo-se a energia encontrada na análise dos pósitrons e elétrons.
 
Uma maneira de diferenciar a classe de pósitrons encontrada é verificar a concentração e como está direcionada, se forem de matéria escura estariam distribuídos uniformemente pelo espaço, já no caso de uma explosão de uma estrela, por exemplo, estes pósitrons estariam se movendo a partir de uma única direção. Segundo o físico teórico Lisa Randall, da Universidade de Harvard: “Existem muitas coisas que podem parecer com matéria escura – a questão é saber distinguir, pois fenômenos astrofísicos podem gerar antimatéria”. Outros projetos existem como o Grande Colisor de Hádrons, na Suíça. Certamente que em mais um par de décadas a ciência terá novas bases de estudo acerca das partículas WIMPS, comprovando ou não a existência da matéria escura.
Fonte: Jornal Ciência.com

Estrutura desconhecida em buraco negro surpreende cientistas

Estudando um incomum buraco negro, astrônomos viram uma estrutura desconhecida no disco de matéria que rodeia o objeto. Swift J1357.2, um sistema binário de raios-X que emite regularmente explosões de alta energia, consiste de um buraco negro que lentamente está consumindo uma estrela companheira. A matéria da estrela é atraída pelo buraco negro, e antes de ser devorada, o orbita. E enquanto estudavam esse processo, os cientistas observaram uma incomum estrutura na vertical, viajando através da matéria. O buraco negro contido em Swift J1357.2 é um dos milhões de buracos negros estelares que pontilham a Via Láctea. Com cerca de três vezes a massa do Sol, o gigante provavelmente se formou após o colapso de uma estrela solitária. O objeto está localizado na constelação de Virgem, cerca de 4.900 anos-luz de distância. A estrela orbita o buraco negro a cada 2,8 horas, um dos períodos orbitais mais curtos já registrados. O buraco negro suga material da estrela e o coloca em seu disco de acreção, para lentamente ir consumindo. Ocasionalmente, ele emite rajadas de raios-X, o que o torna mais fácil de ser detectado.
 
Observando a luz produzida pelo disco de acreção, a equipe de pesquisadores liderada por Jesus Corral-Santana detectou um escurecimento periódico no sistema, que geralmente durava alguns segundos. “Desde que o período orbital do sistema é de 2,8 horas, o escurecimento não pode ser produzido por eclipses da estrela companheira”, disse Corral-Santana. “Por isso, eles devem ser produzidos por uma estrutura oculta localizada muito perto do buraco negro, no disco de acreção. A descoberta foi vista somente na parte externa do disco, e não na interior, onde as emissões de raios-X acontecem. Essa emissão, que não mostra variação periódica, ao contrário de sua contraparte óptica, indicou uma estrutura vertical presente, segundo os pesquisadores. No entanto, eles não sabem explicar do que se trata a estrutura ou se ela é comum em outros buracos negros. Para isso, Corral-Santana diz, são necessários novos estudos e observações desse e de outros buracos negros. 
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