15 de mar de 2013

Os 7 elementos do universo


Fogo, terra, água e ar. Os filósofos gregos do século 6 a.C. acreditavam que esses 4 elementos formavam tudo o que existe. E eles não estavam tão errados assim. Hoje sabemos que você, as pedras, as estrelas, os seres extraterrestres ou qualquer outra coisa que dê para imaginar são o resultado de alguns poucos ingredientes, e da forma como eles interagem entre si. Para entender isso melhor, dê uma olhada para o seu dedo aí ao lado, que está segurando esta revista. Ele é composto de 99,9% de vazio. Não toca nada.

O que mantém esta revista na sua mão são partículas insanamente pequenas trocadas freneticamente entre os átomos dos seus dedos e os do papel. Os próprios átomos são menores do que manda o bom senso. Quer ver? Então olhe de novo para o seu dedo e observe a cutícula. Estique mentalmente esse pedacinho de pele até que ele fique do tamanho de um prédio de 100 andares. Se isso acontecesse, o átomo ficaria com a espessura de uma folha de papel.
 
Acredite se quiser, nesse espaço exíguo cabe um universo: o mundo quântico, habitado pelas partículas subatômicas. Se existe algo que pode ser chamado de elemento fundamental da natureza, não é terra, nem água, nem átomo, nem próton ou nêutron, e sim essas partículas. Duas delas, os quarks e elétrons, formam toda a matéria que você vê. Outras 4 são bloquinhos de energia pura e trabalham pra manter os quarks unidos, deixar seu corpo no chão, iluminar as coisas...

Também existe um patinho feio nessa história: o neutrino, uma partícula sem casa, que vive do lado de fora dos átomos. E que atravessa seu corpo o tempo todo sem deixar vestígios. Nosso mergulho no mundo subatômico começa por ele. E termina numa enrascada que faz a ciência de hoje parecer tão limitada quanto as idéias dos filósofos gregos.
 
1. Neutrino
Em 1 segundo, mais de 120 bilhões de partículas minúsculas e quase sem massa terão atravessado seus olhos a uma velocidade próxima a 300 mil quilômetros por segundo. E, até o final desta reportagem, cerca de 10 milhões delas serão criadas dentro de você. Sabe qual o efeito de toda essa atividade? Praticamente nenhum. Isso porque o neutrino, a forma de matéria mais leve que existe, interage tão pouco com as outras coisas que é chamado de partícula fantasma. Ele surge dentro do núcleo atômico, quando um próton se transforma em nêutron (ou vice-versa). Isso acontece nos átomos de hidrogênio do Sol. E dentro de você também. Certos átomos de potássio que formam seu corpo estão emitindo neutrinos agora mesmo. Mas ele não vem do nada, claro: é que sempre sobra alguma energia quando essas transformações acontecem. Essa força, segundo Einstein, se converte em massa, e o processo dá origem, entre outras coisas, a um novo e levíssimo neutrino. Mas nem todos os elementos que formam o Universo são tão fantasmagóricos e anti-sociais. Um deles, pelo contrário, é bem interativo.
 
2. Elétron
O neutrino está vagando por aí, solto pelo espaço. Já o elétron, seu primo mais gordo, também é meio nômade, mas costuma morar numa espécie de habitat natural: a periferia do átomo. E a perifa do átomo, também conhecida por eletrosfera, é gigantesca. Se o núcleo do átomo fosse do tamanho de uma bola de futebol, o “pedaço” habitado pelos elétrons seria do tamanho de um estádio. Apesar de terem massa desprezível, os elétrons são os responsáveis pelas maravilhas da civilização: chocam-se contra a tela da TV e acendem a imagem, movem-se no filamento da lâmpada e produzem luz, espremem-se contra o fundo do ferro de passar e produzem calor, transformam em dados as batidas do teclado de quem escreveu este texto e alimentam a gráfica que imprimiu a revista. O elétron foi a primeira partícula subatômica a ser descoberta, em 1897, e a única da “velha geração” que continua a ser fundamental. Diferentemente dos pesadões próton e nêutron, que já foram tidos como elementos fundamentais, mas acabaram rebaixados. Eles são feitos de outras partículas, encontradas em 1964.
 
3. Quarks
“Três quarks para muster mark.” Foi dessa frase do livro Finnegann’s Wake, do irlandês James Joyce, que o físico Murray Gell-Mann tirou o nome dos blocos de partículas formadores de prótons e nêutrons. Um nome que não significa nada. Mas os quarks significam muito: eles são os tijolos que a natureza usa para construir prótons e nêutrons, as superpartículas que formam o núcleo atômico. Cada uma delas é feita de 3 quarks. Pudera: eles são como uma panelinha de amigos fiéis. Existem só em grupos de 3 – ninguém nunca observou um quark sozinho em laboratório – e possuem um tipo de “carga elétrica” denominada cor, que pode ser azul, vermelha ou verde. Dentro de suas panelinhas, eles ficam trocando de cor (ou carga) o tempo todo, como modelos trocando loucamente de vestido, num desfile frenético dentro do átomo. Os quarks estão confinados dentro de seu grupo por uma força absurdamente alta, que os puxa violentamente de volta cada vez que eles tentam abandonar a turma. E essa força também é formada por uma partícula.
 
4. Glúon
Os glúons são como estilistas de quark no desfile subatômico. Eles ficam circulando de um quark a outro dentro da panelinha e são os responsáveis pela troca da cor dos vestidos. Essas partículas funcionam como uma espécie de mola, que deixa os quarks livres quando estão próximos ao centro do grupo, mas os puxam de volta com muita força quando eles se afastam. A força formada pelo glúon é a mais poderosa do Universo, quase infinitamente mais forte do que a gravidade que nos une ao chão. Responde pelo nome de força nuclear forte e mantém o núcleo do átomo coeso. Mas às vezes o elástico arrebenta, e o núcleo do átomo se desfaz. Esse processo é chamado fissão nuclear, quando o átomo é partido em dois, ou de decaimento radioativo, quando pedaços do núcleo atômico se soltam, espalhando-se por aí. Essa bagunça atômica, a radioatividade, é causada por partículas desordeiras, verdadeiras destruidoras de átomo.
 
5. Bósons da força fraca
Essas partículas são como valentões de colégio: grandes e pesadas, passam a vida tratando a cotoveladas os quarks, elétrons e neutrinos. A gangue da força fraca é formada por 3 integrantes: os bósons W-, W+ e Z, todos eles com mais de 86 vezes o peso de um próton inteiro. Eles tocam o verdadeiro terror dentro do núcleo, chegando até a expulsar partículas de dentro dos átomos mais pesados (daí a radiação). Apesar da violência, essa força é menos intensa que a nuclear forte, cerca de 100 mil vezes mais poderosa. É por causa disso que os valentões ganharam o apelido de “força fraca”. Na realidade, a gangue da força fraca é uma dissidência de outro bando, muito maior e mais poderoso. No início do Universo, eles estavam associados a outras partículas, com as quais compunham uma força chamada de eletrofraca, que não existe mais. Bilhões dessas antigas companheiras da força fraca saltam desta página direto para os seus olhos a cada segundo.
 
6. Fóton
O sinal da TV, do rádio, do celular, os raios X, a força que prende o ímã da pizzaria na sua geladeira. Tudo isso é composto de fótons. Eles são mais conhecidos como as partículas que formam a luz visível. Mas essa é só uma de suas atribuições. O que o fóton faz é carregar a 2a força mais poderosa do Cosmos: a eletromagnética, bilhões e bilhões de vezes mais poderosa que a gravidade e apenas 100 vezes menos intensa que a nuclear forte. Sabe quando falamos que seus dedos não seguram esta revista? Então: o que você entende como toque é nada mais que a repulsão eletromagnética entre o papel e a sua pele. Uma repulsão que acontece por causa dos fótons que sua mão e a revista trocam quando se aproximam. Pense nisso quando fizer sexo: tudo o que você sente ali é uma grande troca de fótons... Bom, de quebra, a força eletromagnética também é a principal responsável por manter os elétrons em torno do núcleo. E é ela que comanda as ligações químicas dos átomos e moléculas. Ufa! Mas existe outra força por aí. Justamente a que você mais percebe no dia-a-dia.
 
7. Gráviton
Dissemos “seria” porque, acredite se quiser, a força que empurrou a maçã na cabeça de Newton e que mantém a Terra orbitando em torno do Sol ainda não é compreendida pela física quântica, para a qual toda força é feita de alguma partícula de energia. A responsável pela gravidade tem até nome: gráviton. Mas, quando os físicos tentam espatifar átomos em aceleradores de partículas para analisar o que sai lá de dentro, cadê o gráviton? Ninguém sabe, ninguém viu. Ele continua sendo uma hipótese e um buraco no chamado Modelo Padrão, a teoria da física que explica tudo o que você viu aqui. Na verdade, o gráviton pode ser o calcanhar-de-aquiles da física. Há quem diga que só vai ser possível entender a gravidade se olharmos ainda mais fundo na matéria. Para que a maçã de Newton faça sentido, talvez seja necessário pisar num mundo ainda mais misterioso que o da mecânica quântica: o das supercordas – entidades fantasmagóricas que viveriam num mundo de 11 dimensões e estariam, segundo alguns teóricos, por trás dos 7 elementos.
Fonte: Super.Abril

50 anos após serem descobertos, quasares ainda são um mistério

Meio século após a descoberta dos quasares, astrônomos ainda não compreenderam como os objetos mais brilhantes do universo funcionam.
Os cientistas mediram a distância de um quasar – um núcleo galáctico incrivelmente brilhante alimentado por um buraco negro supermassivo – há exatos 50 anos, descobrindo que ele estava a bilhões de anos-luz de distância. A descoberta repercutiu muito na comunidade científica, abrindo um caminho para o estudo do universo distante e antigo. Mas nas décadas seguintes, os pesquisadores lançaram pouca luz sobre o poderoso motor que impulsiona os quasares. Nós encontramos milhares de quasares nos últimos 50 anos, mas ainda não temos bons modelos físicos para explicar como eles irradiam tanta energia “, escreve Robert Antonucci na edição atual da revista Nature.

“Sem teorias, não temos nada. Quasares irradiam energia amplamente em todo o espectro eletromagnético; emitem jatos de partículas em uma velocidade próxima a da luz; e são os objetos mais brilhantes do universo. Os cientistas acreditam que os quasares e outros tipos de núcleos galácticos ativos marcaram uma fase especial na vida de galáxias, no qual os buracos negros supermassivos estão devorando quantidades colossais de matéria. Essa característica era mais comum no passado, por isso há menos quasares próximos”, explica Antonucci. “Agora, como há pouco combustível, os buracos negros permanecem relativamente calmos no centro das galáxias, incluindo a nossa Via Láctea.

Os astrônomos têm encontrado quasares cada vez mais distantes, e cada vez próximos do Big Bang que criou o universo há 13,7 bilhões de anos. Acredita-se que nessa época havia muito mais matéria concentrada do que agora. As galáxias eram mais densas e ofereciam muito mais alimento para os buracos negros supermassivos, que conforme engoliam a matéria, irradiavam muita energia. Mas um melhor entendimento dos quasares é possível. O cientista afirma que está trabalhando com seus colegas no desenvolvimento de avançados modelos computacionais de buracos negros no universo distante. Ele afirma que com o desenvolvimento de novos telescópios, como o ALMA, a tarefa de desvendar os mistérios desses objetos torna-se menos complicada.
Fonte: http://www.space.com/20206-quasars-mystery-discovery-anniversary.html

Planetas tipo - Terra em zonas habitaveis são comuns do que se pensava

Este gráfico mostra estimativas optimistas e conservadoras dos limites de zonas habitáveis em torno de estrelas frias e de baixa massa. Os números indicam os nomes de candidatos a planeta conhecidos pelo Kepler. A cor amarela representa candidatos com menos de 1,4 vezes o raio da Terra. A cor verde representa candidatos a planeta com raios entre 1,4 e 2 vezes o da Terra. Planetas com o sinal "+" não estão na zona habitável.Crédito: Universidade Penn State 
 
De acordo com uma nova análise por cientistas da Universidade Penn State, o número de planetas potencialmente habitáveis é maior do que se pensava. E alguns desses planetas estão provavelmente escondidos em torno de estrelas próximas. Nós estimamos agora que se observássemos 10 das estrelas pequenas mais próximas, encontraríamos mais ou menos 4 planetas potencialmente habitáveis," afirma Ravi Kopparapu, investigador pós-doutorado em geociências. "Esta é uma estimativa conservadora," acrescenta. "Podem haver mais. Kopparapu detalha as suas conclusões num artigo aceite para publicação na revista Astrophysical Journal Letters. Nele, recalcula a generalidade de planetas do tamanho da Terra nas zonas habitáveis de estrelas de baixa massa, também conhecidas como anãs-M ou anãs vermelhas.
  
Os cientistas concentram-se nas anãs-M por várias razões, explica. A órbita de planetas em torno de anãs-M é muito curta, o que permite aos cientistas recolher dados sobre um maior número de órbitas num período mais curto de tempo que em estrelas tipo-Sol, que têm zonas habitáveis maiores. As anãs-M também são mais comuns que estrelas como o Sol, o que significa que podem ser observadas em maior número. De acordo com os seus resultados, "a distância média até ao planeta potencialmente habitável mais próximo é de cerca de 7 anos-luz. Isto é aproximadamente metade da distância de estimativas anteriores," afirma Kopparapu. "Existem cerca de oito estrelas frias até 10 anos-luz de distância, por isso de modo conservador, podemos esperar encontrar cerca de três planetas do tamanho da Terra em zonas habitáveis."
 
O trabalho segue um estudo recente por cientistas do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica que analisaram 3987 anãs-M para calcular o número de candidatos a planetas do tamanho da Terra em zonas habitáveis de estrelas frias - uma região em torno de uma estrela onde os planetas rochosos são capazes de sustentar água líquida e, portanto, vida. Esse estudo usou os limites de zonas habitáveis calculados em 1993 por Jim Kasting, agora professor Evan Pugh no Departamento de Geociências da Universidade de Penn State. Kopparapu notou que as suas conclusões, com base em dados do Kepler, não reflectiam as estimativas mais recentes para determinar se planetas caem dentro da zona habitável.
  
Estas novas estimativas são baseadas num modelo actualizado desenvolvido por Kopparapu e seus colaboradores, usando informação sobre a absorção de água e dióxido de carbono que não estava disponível em 1993. Kopparapu aplicou as suas conclusões no estudo da equipa de Harvard, usando o mesmo método de cálculo, e descobriu que existem planetas adicionais nas zonas habitáveis recém-determinadas. Usei os nossos novos cálculos das zonas habitáveis e descobri que existem quase três vezes mais planetas tipo-Terra nas zonas habitáveis de estrelas de baixa massa do que em estimativas anteriores," afirma Kopparapu. "Isto significa que planetas do tamanho da Terra são mais comuns do que se pensava, e que é um bom sinal para a detecção de vida extraterrestre."
Fonte: Astronomia Online

Cientistas acham conjunto planetário jovem, mas com planetas gigantes

Concepção artística do sistema planetário HR 8799 em um estágio inicial de sua evolução, mostrando o planeta HR 8799c e um disco de gás e poeira
 
Cientistas fizeram, literalmente, uma grande descoberta. Eles localizaram, orbitando uma estrela a 130 anos-luz de distância, quatro planetas gigantes, maiores do que qualquer um dos existentes no nosso Sistema Solar. E mais: o sistema é relativamente novo em termos cósmicos --tem 30 milhões de anos-- e ainda tem grandes discos de poeira, além de asteroides e cometas. Os planetas circundam a estrela HR 8799, um astro que tem cerca 1,5 vez o tamanho do Sol e é cinco vezes mais brilhante do que ele. Ao contrário da maioria dos exoplanetas --planetas fora do Sistema Solar--, a descoberta desse sistema não foi feita de maneira indireta, pela análise de dados da estrela e de outros fatores. Os planetões foram diretamente vistos usando os telescópios Gemini e Keck, no Havaí.
 
O planeta HR 8799e, o mais interno dos achados, tem aproximadamente nove vezes a massa de Júpiter --o maior do nosso Sistema Solar. Ele está 14,5 vezes mais longe de sua estrela do que a Terra está do Sol. Já o planeta HR 8799d é ainda maior, com dez vezes a massa de Júpiter. Ele leva cerca de cem dias da Terra para orbitar sua estrela. Também com dez vezes a massa de Júpiter, o HR 8799c teve alguns detalhes da atmosfera revelados. Ao estudarem a luz refletida pelo planeta, os cientistas identificaram que sua atmosfera tem água e carbono. O planeta mais externo do grupo, HR 8799b, tem cerca de sete vezes a massa de Júpiter. Ele está 68 vezes mais longe da estrela do que a Terra está do Sol. Apesar das fortes evidências, os planetas ainda são considerados candidatos. Ainda é preciso que a descoberta seja confirmada por outros cientistas para bater o martelo quanto à existência e as características desses planetões.
Fonte: Folha
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