28 de mai de 2013

M87: Galáxia Elíptica com Jato

Créditos e direitos autorais : Adam Block, Mt. Lemmon SkyCenter, U. Arizona
 Nas galáxias espirais, majestosos braços espiralados contendo jovens estrelas, gás e poeira giram em um disco plano em torno do bojo do núcleo galáctico. Mas as galáxias elípticas parecem ser mais simples. Como não possuem gás ou poeira para formar novas estrelas, seu enxame flutuante de estrelas mais velhas lhes dá um formato elipsóide (oval). Ainda assim, as galáxias elípticas podem ser muito grandes. Ocupando o centro desta vista telescópica e com diâmetro acima de 120.000 anos-luz, maior que a nossa Via Láctea, a galáxia elíptica M87 (NGC 4486) é a galáxia dominante do Aglomerado de Galáxias de Virgem. A cerca de 50 milhões de anos-luz de distância, M87 é provavelmente o lar de um supermassivo buraco negro responsável por um jato de partículas de alta energia que emerge da região central da galáxia gigante. Nesta imagem bem processada, o jato de M87 está próximo da posição de uma hora. Outras galáxias também se encontram no campo de visão, incluindo as grandes elípticas do Aglomerado de Virgem, NGC 4478, à direita do centro, e NGC 4476, perto da extrema direita.

Afinal o que é matéria escura e energia escura?

A matéria escura e a energia escura são soluções propostas para explicar alguns fenômenos gravitacionais, e, até onde sabemos, são coisas distintas. Embora juntas respondam por mais de 95% do nosso universo, só sabemos de sua existência por meios indiretos, observando seus efeitos sobre o universo e tentando deduzir suas propriedades a partir deles.
 
Matéria escura
A matéria escura foi proposta nos anos 1930 por Fritz Zwicky para explicar a diferença entre a massa gravitacional e a massa luminosa de aglomerados de galáxias (Fritz Zwicky estava trabalhando com curvas de rotação de galáxias). A massa gravitacional de um objeto é determinada pela medida da velocidade e raio da órbita de seus satélites, um processo igual à medição da massa do sol usando a velocidade e distância radial dos planetas. A massa luminosa é determinada pela soma de toda luz e convertendo este número em uma estimativa de massa, baseado na nossa compreensão sobre como as estrelas brilham. Esta comparação de massa-para-luz indica que a energia na matéria luminosa contribui com menos de 1% da densidade média de energia do universo.
 
Certamente existe mais matéria nas galáxias que não emite luz, mas as evidências indicam que há um limite máximo para a matéria normal (aquela feita de átomos) presente no universo. Evidências vindo da medição da radiação cósmica de fundo, por exemplo, apontam que no máximo 5% da densidade de massa-energia do universo e 20% da massa dos aglomerados está na forma de átomos. Mas do que é feita a matéria escura? Muitos físicos e astrônomos acham que a matéria escura é provavelmente uma nova partícula que ainda não foi detectada em aceleradores de partículas ou em raios cósmicos. Para ser uma partícula de matéria escura, ela tem que ter bastante massa, provavelmente mais que um nêutron, e interagir muito fracamente com a matéria normal, de forma a dificilmente reagir produzindo luz.
 
O protótipo do candidato é algo parecido com um neutrino, só que todos os tipos de neutrinos conhecidos são muito leves e muito raros para explicar a matéria escura. E como a matéria escura afeta o universo? Aparentemente, ela é responsável pelas estruturas que vemos no universo, como galáxias e aglomerados; é ela que “segura” estes objetos imensos, não deixando que se desfaçam. Como curiosidade, a proposta de uma matéria escura na década de 1930 por Fritz Zwicky não foi levada a sério porque o suíço tinha entrado em atrito com muitos colegas na comunidade  astronômica. Em 1962, a astrônoma Vera Rubin fez a mesma descoberta, que novamente não foi levada à sério, desta vez porque ela era uma mulher. Ela persistiu e conseguiu atenção da comunidade em 1978, com um estudo profundo de 11 galáxias, inclusive a nossa.
 
Energia escura
A energia escura tem sua origem nos trabalhos para entender a expansão acelerada do universo. Basicamente, a teoria atual não consegue explicar essa aceleração. Uma das especulações é que a aceleração é consequência de uma nova forma de matéria, apelidada “energia escura”, que também não foi detectada até agora. É chamada de “escura” porque deve interagir muito fracamente com a matéria, como a matéria escura, e é chamada de energia porque uma das coisas de que estamos certos é que ela contribui com cerca de 70% da energia total do universo. Se descobrirmos o que é, podemos então trocar o nome para algo menos misterioso. Com o estabelecimento do modelo cosmológico do Big Bang, acreditava-se que a expansão inicial de 13,7 bilhões de anos atrás estaria diminuindo com o tempo, mas duas equipes de pesquisadores independentes descobriram em 1998 que a expansão estava acelerando.

A aceleração é determinada pela medida dos tamanhos relativos do universo em diferentes eras. De uma forma específica, os astrônomos medem o redshift ou desvio para o vermelho do espectro e a distância da luminosidade de explosões estelares chamadas supernovas tipo 1a. O tempo que a luz da supernova leva para chegar aos telescópios é descoberto examinando a distância da luminosidade, enquanto a mudança do tamanho do universo entre a explosão e a observação é determinada pelo desvio para o vermelho. Uma comparação destes tamanhos em uma sequência de tempo revela que o universo está crescendo cada vez mais rápido. Desde esta descoberta, os equipamentos ficaram mais sensíveis e os dados foram confirmados pela medição de outros fenômenos cosmológicos. A teoria da relatividade prevê que a aceleração cósmica é determinada pela densidade média de energia e pressão de todas as formas de matéria e energia no universo. Só que as quantidades da matéria normal, da energia normal, e da matéria escura não respondem pela densidade de energia necessária para a aceleração – tem que ser outra coisa.
 
Uma das hipóteses mais aceitas é que o universo é preenchido por um mar de energia quântica de ponto zero, que exerce uma pressão negativa, como uma tensão, fazendo com que o espaço-tempo sofra uma repulsão gravitacional. É a chamada constante cosmológica, introduzida por Einsten em outro contexto (e referida por ele como seu maior erro). E como a energia escura afeta o universo atualmente? Ela é responsável pela aceleração cósmica, e equipes internacionais de astrônomos estão trabalhando para refinar a medida desta aceleração. Dela depende o julgamento da constante cosmológica de Einstein, uma possível compreensão da teoria fundamental da natureza (gravidade quântica e o estado quântico do universo), e o destino do universo (Big Chill ou Big Rip?).

Diferenças entre as duas
As duas, matéria escura e energia escura, possuem diferenças enormes. A matéria escura atrai e a energia escura repele, ou seja, a matéria escura é usada para explicar uma atração gravitacional maior que o esperado, enquanto a energia escura é usada para explicar uma atração gravitacional negativa. Além disso, os efeitos da matéria escura se manifestam em uma escala de 10 megaparsecs (um megaparsec corresponde a 3,2 milhões de anos luz, aproximadamente) ou menor, enquanto que a energia escura parece que só se torna relevante em escala de 1.000 megaparsecs ou mais.
 
Finalmente, é importante questionar se os fenômenos da matéria escura e da energia escura podem ter uma explicação gravitacional. Talvez as leis da gravidade sejam diferentes do que desenhou a teoria de Einstein. Esta é uma possibilidade, só que até hoje a teoria da relatividade não falhou em nenhum teste. Além disto, novas imagens de aglomerados revelaram um comportamento que é inconsistente com teorias gravitacionais alternativas, como a MOND – ou seja, a matéria escura está ali. Nossas melhores mentes estão trabalhando no problema e nossa melhor tecnologia está examinando o cosmos, e, por enquanto, não há outra explicação para os efeitos que observamos: a matéria escura e a energia escura são reais. A composição do universo atual, até onde sabemos, é de 4,2% matéria normal, 24% matéria escura e 71,6% energia escura.
Fonte: Hypescience.com

Medição precisa de distância resolve grande mistério astronómico

Impressão de artista do binário SS Cygni. Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF
 
Os astrónomos resolveram um grande problema na sua compreensão de uma classe de estrelas que sofrem erupções regulares, medindo com precisão a distância de um famoso exemplo do género. Os cientistas usaram o VLBA (Very Long Baseline Array) do NSF (National Science Foundation) e a EVN (European VLBI Network) para localizar com precisão um sistemas variáveis dos mais observados do céu - uma estrela dupla chamada SS Cygni - a 370 anos-luz da Terra. Esta nova medição da distância significa que a explicação para as explosões regulares deste género de objecto, que se aplica para pares semelhantes, também se aplica para SS Cygni.
 
"Este é um dos sistemas mais bem estudados do seu tipo, mas de acordo com a nossa compreensão de como funcionam, não devia ter surtos explosivos," afirma James Miller-Jones, do Centro Internacional para Pesquisa em Radioastronomia de Perth, Austrália, ligado à Universidade Curtin. SS Cygni, na constelação de Cisne, é uma anã branca densa numa órbita íntima com uma anã vermelha menos massiva. A forte gravidade da anã branca puxa material da sua companheira para um disco giratório. As duas estrelas orbitam-se uma à outra em apenas 6,6 horas. Em média, uma vez a cada 49 dias, uma poderosa explosão ilumina o sistema.
 
Este tipo de sistema tem o nome de nova anã (ou estrela variável do tipo U Geminorum) e, com base noutros exemplos, os cientistas propuseram que as erupções resultam de alterações no ritmo a que a matéria se move através do disco para a anã branca. Em mais altas taxas de transferência desde a anã vermelha, o disco rotativo mantém-se estável, mas quando a taxa é inferior, o disco torna-se instável e é submetido a uma erupção. Este mecanismo parecia funcionar para todas as novas anãs à excepção de SS Cygni, com base nas estimativas anteriores da sua distância. Dados recolhidos com o Telescópio Hubble em 1999 e 2004 colocaram SS Cygni a uma distância de cerca de 520 anos-luz.
 
"Isto foi um problema. A essa distância, SS Cygni teria sido a nova anã mais brilhante do céu, e deveria ter massa suficiente, movendo-se no disco, para manter-se estável sem erupções," afirma Miller-Jones. A distância mais próxima medida com radiotelescópios significa que o sistema é intrinsecamente menos brilhante, e agora adapta-se às características descritas na explicação padrão para as erupções em novas anãs.
 
O método trigonométrico da paralaxe determina a distância à estrela ao medir o ligeiro desvio na posição aparente em ambos os lados da órbita da Terra. Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Os astrónomos fizeram a nova medição da distância usando o VLBA e a EVN, sendo que ambos usam radiotelescópios amplamente separados que trabalham como um único telescópio extremamente preciso. Estes sistemas são capazes de fazer as medições mais precisas de posições no céu, disponíveis na Astronomia. Ao observar SS Cygni quando a Terra está em lados opostos da sua órbita em torno do Sol, os astrónomos podem medir a subtil mudança na posição aparente do objecto no céu, em relação aos objectos de fundo mais distantes. Este efeito, chamado paralaxe, permite aos cientistas medir directamente a distância de um objecto através da aplicação de simples trigonometria a nível do ensino secundário.
 
Os radioastrónomos sabem que SS Cygni emite ondas de rádio durante as suas explosões, por isso fizeram as suas observações após receberem relatos de astrónomos amadores de que uma erupção estava a ocorrer. Observaram o objecto durante estes eventos e entre 2010 e 2012. A diferença nas medições da distância no visível com o Hubble e no rádio pode ter várias causas, dizem os cientistas. As observações no rádio foram feitas contra um fundo de objectos bem para lá da nossa própria Via Láctea, enquanto as observações do Hubble usaram estrelas da nossa Galáxia como pontos de referência.
 
Os objectos mais distantes proporcionam uma melhor e mais estável referência. As observações no rádio, acrescentam, são também imunes a outras possíveis fontes de erro. Descoberto em 1896, SS Cygni é um sistema binário popular entre os astrónomos amadores. De acordo com a Associação Americana de Observadores de Estrelas Variáveis, desde a sua descoberta nunca nenhuma erupção deixou de ser observada. Já foram registada quase meio milhão de vezes, e as variações no seu brilho cuidadosamente seguidas, o que o torna num dos objectos mais intensamente estudados do século passado.
Fonte: Astronomia On-line
 

E o maior mistério do universo é…

São 15 anos a coçar a cabeça, desde que percebemos que algum agente misterioso está empurrando o universo para longe. Nós ainda não sabemos o que é. Ele está em toda parte e não podemos vê-lo.
 

Reponde por mais de dois terços do universo, mas não temos ideia de onde vem ou de que é feito. “A natureza não está pronta para nos dar alguma pista ainda”, diz Sean Carroll, físico teórico do Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena (EUA). Um nome já lhe foi dado: energia escura. Agora, a busca é sobre o que realmente é. Ainda este ano, os astrônomos irão começar um novo levantamento do céu para procurar sinais do material entre as explosões de estrelas e antigos aglomerados de galáxias. Um pacote de missões espaciais e gigantescos telescópios baseados na Terra em breve se juntarão à missão. Até o momento, nosso conhecimento é bastante escasso. Ele é limitado a, talvez, três coisas. Primeiro, sabemos que a energia escura empurra.
 
 Em 1998, observaram-se inesperadas explosões de supernovas, que estavam mais longe do que imaginávamos. O espaço parece, em algum momento, ter começado a se expandir mais rápido, como se impulsionado por uma força repulsiva agindo contra a gravidade atrativa da matéria. Em segundo lugar, há vários ingredientes nela. O movimento e aglomeração de galáxias nos diz o quanto a matéria é exterior ao universo, enquanto que as micro-ondas cósmica emitidas 380 mil anos após o Big Bang nos permitem estudar a densidade total da matéria mais a energia. Este segundo número é muito maior. De acordo com os dados mais recentes, incluindo observações de micro-ondas do satélite Planck, da Agência Espacial Europeia, cerca de 68% do universo é, de alguma forma, não material, ou energética.

Em terceiro lugar, a energia escura é um excelente combustível para as mentes criativas dos físicos. Eles a veem em centenas de formas diferentes e fantásticas. A mais “simples” delas é a constante cosmológica. É uma densidade de energia inerente ao espaço, que dentro da teoria geral da relatividade de Einstein cria uma gravidade repulsiva. Conforme o espaço se expande mais e mais, torna a sua repulsa mais forte em relação à gravidade. Partículas físicas até parecem fornecer uma origem para ela, em partículas virtuais que aparecem e desaparecem no vácuo quântico incerto.
 
Mas muitas discrepâncias catastróficas deixam espaço para uma mistura variada de teorias alternativas. A energia escura poderia ser quintessência, um campo de energia hipotética que permeia o espaço. Ou pode ser uma forma modificada da gravidade que repele a longa distância, ou uma ilusão nascida da posição da Terra no cosmos. Talvez a energia escura poderia assumir a forma de ondas de rádio trilhões de vezes maiores do que o universo observável. “Muitas pessoas inteligentes têm tentado inventar algo melhor do que a constante cosmológica, ou entender por que a constante cosmológica tem este valor. Grosso modo, elas falharam”, diz Carroll.
 
Uma maneira de ir direto ao ponto pode ser descobrir se a energia escura está mudando ao longo do tempo. Se não for verdade, isto excluiria a constante cosmológica: como uma propriedade inerente do espaço, a sua densidade deve permanecer inalterada. Na maioria dos modelos de quintessência, por outro lado, a energia torna-se diluída lentamente, como trechos de espaço – embora em alguns realmente se intensifique, bombeada pela expansão do universo. Em teorias mais modificadas da gravidade, a densidade da energia escura também é variável. Ela pode até subir um pouco e, em seguida, descer, ou vice-versa.

O destino do universo paira neste equilíbrio. Se a energia escura permanecer estável, a maioria dos cosmos irá acelerar para longe, deixando-nos em uma pequena ilha do universo cortado do resto do cosmos. Se intensificar-de, pode eventualmente destruir toda a matéria em um “Big Rip” (“grande rasgo”), ou até mesmo tornar o tecido do espaço instável aqui e agora. Nossa melhor estimativa hoje, baseada principalmente em observações de supernovas, é que a densidade da energia escura é bastante estável. Há uma sugestão de que está aumentando ligeiramente, mas as incertezas são muito grandes para nos preocuparmos com esse aumento.

Mais Informações em: http://hypescience.com/e-o-maior-misterio-do-universo-e/
Fonte: Hypescience.com
[NewScientist]

Poderemos encontrar 10 planetas habitados em uma década?

Planetas habitados: não é mais "se", é "quantos". [Imagem: Sara Seager]

Uma tradicional ferramenta usada na busca de vida extraterrestre acaba de receber uma renovação completa. Apesar da lamentável perda do telescópio espacial Kepler, a "reinicialização" da ferramenta pode significar que poderemos encontrar sinais de vida em planetas extrassolares dentro de uma década. E a ferramenta não é nenhum novo telescópio ou ferramenta de observação - é uma equação matemática.
 
Equação de Drake
 
Em 1961, o astrônomo Frank Drake criou sua agora famosa equação para calcular o número de civilizações detectáveis na Via Láctea. A equação de Drake inclui uma série de termos que, na época, pareciam ser impossíveis de se conhecer - como a existência dos planetas fora do nosso sistema solar. Mas, nas duas últimas décadas, temos visto exoplanetas aparecerem como ervas daninhas, particularmente nos últimos anos, graças, em grande parte, ao telescópio espacial Kepler. Com esses novos dados em mãos, Sara Seager, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, achou que era hora de dar uma atualizada na equação de Drake.
 
A nova versão restringe alguns dos termos originais da equação para incluir os dados mais recentes, tornando-a muito mais precisa - na descrição de Seager, se a equação original de Drake era um machado, a nova equação é um bisturi. A equação original de Drake inclui sete termos que, multiplicados, dão o número de civilizações alienígenas inteligentes que poderíamos esperar detectar na Via Láctea. Os dados do telescópio Kepler ajudaram a refinar dois termos: a fração de estrelas que têm planetas, e o número desses planetas que seriam habitáveis.

Será possível que poderemos de fato descobrir alienígenas bem próximos de nós? "É claro que eu acho que é possível. Por que outro motivo eu estaria trabalhando tão duro?" [Imagem: Sara Seager]


Planetas habitados à vista
 
Mas o que realmente interessa é o resultado da equação remodelada. Segundo Seager, pelo menos 10 planetas habitados - não "habitáveis", mas habitados - poderão ser observados já com o telescópio espacial James Webb, que deverá ser lançado em 2017 - o cálculo original de Drake resultava em 2,3. "Assim como na equação de Drake, alguns dos termos são sempre especulativos," reconhece a pesquisadora.  De qualquer, será possível que poderemos de fato descobrir alienígenas bem próximos de nós? "É claro que eu acho que é possível. Por que outro motivo eu estaria trabalhando tão duro?", disse ela.
 
E isto não é tudo.
 
O telescópio Kepler coletou dados durante quatro anos, mas até agora os astrônomos conseguiram analisar apenas os 18 primeiros meses - ou seja, os números poderão ficar ainda mais precisos.
 
E isto também não é tudo.
 
Com o aprimoramento das técnicas, e um monte de exoplanetas para testá-las, agora os astrônomos já estão se preparando para medir a atmosfera dos exoplanetas. A análise dos gases associados com a vida em volta dos exoplanetas dará pistas reveladoras sobre sua composição - e sobre seus habitantes. Segundo Seager, já nos próximos anos será possível melhorar ainda mais a equação, eliminando cada vez mais incertezas com a inserção de dados cada vez mais precisos, incluindo as "bioassinaturas atmosféricas".
Fonte: Inovação Tecnológica

A Grande Nuvem de Magalhães

Créditos da Imagem e Direitos Autorais: L. Comolli, L. Fontana, G. Ghioldi & E. Sordini

O navegador do século 16 Fernão de Magalhães e sua tripulação tiveram um certo tempo para estudar o céu do hemisfério sul da Terra, durante a primeira circum-navegação do nosso planeta. Como resultado, dois objetos difusos parecidos com nuvens facilmente visíveis para os observadores do hemisfério sul são conhecidos como as Nuvens de Magalhães, agora entendidas como sendo galáxias satélites da nossa galáxia muito maior, a Via Láctea. Localizada a aproximadamente 160000 anos-luz de distância na constelação de Dorado, a Grande Nuvem de Magalhães, conhecida do inglês como LMC, é vista na imagem acima impressionantemente profunda, colorida e que pode ser vista totalmente anotada abaixo. Se espalhando por aproximadamente 15000 anos-luz, ela é a galáxia satélite mais massiva da Via Láctea e é o lar da supernova mais próxima da Terra já descoberta na era moderna, a SN 1987A. A parte proeminente um pouco a esquerda do centro é a 30 Doradus, também conhecida como a magnífica Nebulosa da Tarântula, e é uma gigantesca região de formação de estrelas com aproximadamente 1000 anos-luz de diâmetro.
Fonte: http://apod.nasa.gov/apod/ap130528.html
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