23 de out de 2013

Paradoxo de Olbers - Enigma da escuridão do Universo

Se o Universo tem um número infinito de estrelas, então presumivelmente deveria ser tão brilhante quanto o centro da nossa Estela Sol. Uma analogia pode ser feita. Se você ficar em um pequeno bosque de árvores e olhar para o horizonte, é possível ver manchas de céu na distância entre troncos das árvores. Mas se você está em uma grande floresta, a sua visão está em toda parte bloqueada por uma “parede sólida” de troncos de árvores. Entendendo esta analogia em três dimensões, se o universo das estrelas é grande o suficiente, sua linha de visão deve ser bloqueada em todas as direções por uma “parede sólida” de estrelas. As estrelas de um universo é tão brilhante porque começaram a absorver o calor de suas estrelas vizinhas. E é isso o que acontece quando uma estrela é aquecida. As teorias da termodinâmicas e nuclear estão aí para explicar está questão técnica. Não espera-se que as estrelas esfriem ou que se aqueçam eternamente. O Paradoxo de Olbers originou-se antes dos físicos desenvolverem a teoria nuclear de como as estrelas brilham. Assim, ele nunca se preocupou com a idade que as estrelas podem ter,e como os detalhes de suas transações de energia pode afetar o seu brilho.
 
O Paradoxo de Olbers é o fato de que o céu noturno não é tão brilhante como o Sol. Em 1610, Johannes Kepler questionou o porque do céu noturno não ser tão brilhante, e mais tarde Halley e Cheseaux no século XVIII rediscutiu a questão. Mais somente no século XIX foi popularizado como Paradoxo de Olbers pelo astrônomo alemão Heinrich Wilhelm Olbers.
Várias explicações foram levantadas como:
  • Há muita poeira para ver as estrelas distantes.
  • O Universo tem apenas um número finito de estrelas.
  • A distribuição das estrelas não é uniforme.Por exemplo, poderia haver uma infinidade de estrelas, mais eles se escondem uma atrás do outro de modo a que apenas uma área angular finita é subentendido por eles.
  • O Universo está se expandindo, assim estrelas distantes são vermelhas.
  • O Universo é jovem. Luz distante nem sequer chegarem até nós ainda.
A primeira explicação é simplesmente errada. Em um corpo negro, a poeira vai aquecer também. Ele age como um escudo de radiação, exponencialmente amortecendo a luz das estrelas distantes. Mas você não pode colocar pó suficiente no Universo para se livrar da intensa luz das estrelas. A premissa da segunda explicação pode ser tecnicamente correta. Mas o número de estrelas, finito como poderia ser, ainda é grande o suficiente para iluminar todo o céu. A terceira explicação pode estar parcialmente correta. Nós simplesmente não sabemos se as estrelas estão distribuídas uniformemente, então poderia haver grandes manchas de espaços vazios, o céu pode parecer escuro, exceto em pequenas áreas.
 
Por fim, as duas possibilidades finais estão mais próximas de serem verdadeiras. Há argumentos numéricos que sugerem que o efeito da idade finita do Universo é a resposta mais plausível para o Paradoxo de Olbers. Vivemos dentro de uma concha esférica de “Universo Observável”, que tem raio igual ao tempo de vida do Universo. Objetos de cerca de 13,7 bilhões de anos estão longe demais para que sua luz chegue até nós.
 
Após Hubble descobrir que o universo estava em expansão, a teoria do Big Bang foi firmemente estabelecida pela descoberta da radiação cósmica. O Paradoxo de Olbers foi então apresentado como prova da relatividade especial. O desvio da luz das estrelas para o vermelho constitui este fato. Porém a idade finita do Universo é o caminho mais certo para resolver o Paradoxo de Olbers.

Observatório Herschel encontra sinais do inicio do Universo

Usando um telescópio na Antártica e o observatório espacial Herschel da ESA, os astrônomos fizeram a primeira detecção de um toque sutil da radiação relíquia do Big Bang, pavimentando o caminho para revelar os primeiros momentos de existência do Universo. O sinal indescritível foi encontrado na maneira como a primeira luz no Universo foi desviada durante a sua viagem à Terra, intervindo aglomerados de galáxias e matéria escura, uma substância invisível que é detectada apenas indiretamente através de sua influência gravitacional. A descoberta aponta o caminho para a busca de evidências de ondas gravitacionais nascidas durante rápida fase de “inflação” do Universo, um resultado fundamental aguardado da missão Planck da ESA. A radiação relíquia do Big Bang – radiação cósmica de fundo, ou CMB – foi impressa no céu quando o Universo tinha apenas 3,8×105 anos de idade. Hoje, cerca de 13.800 milhões anos mais tarde, nós o vemos como um céu cheio de ondas de rádio à uma temperatura de apenas 2,7 graus acima do zero absoluto.
 
Pequenas variações neste temperatura – em torno de algumas dezenas de milionésimos de grau – revelam flutuações de densidade no início do Universo correspondente às sementes de galáxias e estrelas que vemos hoje. O mapa de todo o céu mais detalhado das variações de temperatura foi revelado pelo Planck, em março. Mas a CMB também contém uma riqueza de outras informações. Uma pequena fração da luz é polarizada, como a luz que podemos ver usando óculos polarizados. Esta luz polarizada tem dois padrões distintos : Modos E e Modos B.
 
Modos E foram encontrados pela primeira vez em 2002, com um telescópio terrestre . Já os Modos B, no entanto, são potencialmente muito mais emocionantes para os cosmólogos, embora muito mais difíceis de detectar. Eles podem surgir em duas formas. A primeira envolve a adição de um toque para que a luz que atravessa o universo seja desviada por galáxias e matéria escura – um fenômeno conhecido como lente gravitacional. A segunda tem suas raízes enterradas na mecânica de uma fase muito rápida de enorme expansão do Universo, que os cosmólogos acreditam que aconteceu em apenas uma minúscula fração de segundo após o Big Bang – “A inflação”.
 
O novo estudo combinou dados do telescópio Herschel no Pólo Sul e fez a primeira detecção de modo B na CMB devido ao efeito de lente gravitacional. “Essa medida foi possível graças a uma combinação inteligente e original de observações terrestres do telescópio no Pólo Sul – que mediu a luz do Big Bang – com observações baseadas no espaço do Herschel, que é sensível às galáxias que traçam a obscura origem da lente gravitacional” , diz Joaquin Vieira, do Instituto de Tecnologia da Califórnia e da Universidade de Illinois em Urbana- Champaign, que liderou a pesquisa do Herschel utilizada no estudo.

Supernovas são energizadas por magnetars?

© ESO/L.Calçada (magnetar)
 
A descoberta recente de supernovas de tipo II anormalmente luminosas e muito distantes induziram pesquisadores a pensar que poderiam estar presenciando a explosão de estrelas por um processo, proposto por teóricos em finais dos anos 60, designado de par instável. A luminosidade de uma supernova, mais concretamente, o tempo que demora a atingir o brilho máximo e o intervalo de tempo durante o qual consegue manter um brilho elevado, depende quase exclusivamente da quantidade de um isótopo radioativo de Níquel, o 56Ni, que é formado durante a fase inicial da explosão. Nas semanas e meses seguintes a supernova brilha em resultado dos raios gama produzidos pelos decaimentos do 56Ni num isótopo de Cobalto, o 56Co, e deste último num isótopo estável do Ferro, o 56Fe.
 
Uma supernova de tipo II normal produz aproximadamente uma massa solar de 56Ni. Supernovas muito luminosas têm de produzir uma grande quantidade de 56Ni durante a explosão; cada uma das supernovas estudadas foi tão luminosa que deveria ter produzido algumas dezenas de massas solares deste isótopo. Só estrelas muito maciças, estrelas com massas superiores a aproximadamente 150 vezes a massa do Sol, e com baixo teor em “metais”, elementos mais pesados do que o hidrogênio e hélio, conseguiriam produzir tal quantidade de 56Ni. Estrelas como estas são muito raras no Universo atual pois a maior parte do material interestelar, a partir do qual se formam as estrelas, está contaminado com “metais” produzidos por gerações sucessivas de estrelas; por outro lado, seriam mais abundantes quando o Universo era mais jovem.
 
Estrelas tão maciças não explodem pelo mecanismo de colapso gravitacional, como é o caso das supernovas de tipo II (com linhas de hidrogênio no espectro), mas antes pelo referido processo de par instável. O interior destas estrelas é extremamente quente devido à enorme massa e à compressão resultante. Num determinado momento a energia dos fótons de raios gama no interior da estrela, que sustentam o peso das camadas exteriores, pode tornar-se tão elevada que os fótons se transformam espontaneamente em pares de elétron-pósitron, daí a palavra par. Esta reação absorve uma fração importante da energia disponível para manter a estrela em equilíbrio, daí a palavra instável, e a zona nuclear começa a contrair-se rapidamente.
 
Ao contrário do que acontece num colapso gravitacional clássico, no entanto, esta contração aumenta as temperaturas no interior até um nível que deflagra uma cadeia de reações de fusão nuclear de forma descontrolada, as quais libertam energia suficiente para vencer a gravidade e destruir por completo a estrela. Trata-se de um mecanismo semelhante ao de uma bomba termonuclear, a bomba de hidrogênio. Ao observar estas supernovas tão luminosas a bilhões de anos no passado, os astrônomos sugeriram, naturalmente, que poderiam tratar-se dos primeiros exemplos de supernovas de par instável. Entretanto, um artigo agora propõe um cenário alternativo para explicar a luminosidade destas supernovas.
 
Matt Nicholl, do Astrophysics Research Centre, Queen’s School of Mathematics and Physics, e os seus colaboradores, realizaram cálculos que sugerem que estas supernovas podem ser mais normais, resultantes do colapso gravitacional de estrelas progenitoras com características menos extremas do que as avançadas pelo cenário anterior; no novo cenário, a energia suplementar que permitiria uma tal supernova atingir um pico de brilho acima do normal e manter-se brilhante durante mais tempo teria origem numa magnetar, uma estrela de nêutrons com um campo magnético extraordinariamente intenso. As magnetars, formam-se em supernovas de colapso gravitacional em circunstâncias ainda mal compreendidas. São conhecidas apenas 20 destas estrelas de nêutrons em toda a Via Láctea.
 
Estima-se que, no instante em que são criadas, girem em torno do seu eixo de rotação 300 vezes por segundo e tenham um campo magnético mil vezes mas intenso do que o de uma estrela de nêutrons normal e quadrilhões de vezes mais intenso do que o campo magnético terrestre. No cenário apresentado por Nicholl e co-autores, uma magnetar formada numa supernova, perde energia rotacional através do seu campo magnético que, por sua vez, transfere essa energia para o plasma de partículas e núcleos atômicos que forma o remanescente da supernova.
 
Os cálculos realizados pela equipe mostram que a quantidade de energia transferida por este processo de frenagem da magnetar permite explicar de forma quase perfeita as observações existentes das supernovas de luminosidade anormalmente elevada. Este cenário pode também explicar uma outra característica das magnetars: o fato de terem períodos de rotação anormalmente longos (entre 1 e 10 segundos) quando comparadas com outras estrelas de nêutrons, como se, no seu caso, algum mecanismo tivesse sugado essa energia rotacional precocemente.
Fonte: Astro News
Nature

Vida na Terra acabará daqui a 2,8 bilhões de anos

O mundo inteiro está condenado. Conforme o sol fica mais e mais quente, maior será a evaporação das águas dos oceanos. A intensa chuva resultante vai remover aos poucos o dióxido de carbono da atmosfera. Isso significa que todas as plantas vão morrer. Haverá muito pouco CO2 para elas realizarem a fotossíntese. Sem as plantas, todos os herbívoros vão morrer. Então não haverá alimento para os carnívoros – incluindo nós. Nossa espécie morrerá em um planeta árido tão seco que não existirá oceanos, lagos ou rios, à menos, claro, se colonizarmos um mundo habitável fora do sistema solar.
 
Uma combinação de mudanças ambientais lentas e rápidas resultará na extinção de todas as espécies na Terra, com os últimos habitantes desaparecendo dentro de 2.8 bilhões anos a partir de agora,” prevê o cientista O’Malley-James. Ele diz que nós temos cerca de 2 bilhões anos restantes antes dos oceanos evaporarem deixando para trás uma paisagem de dunas de areia ressecadas – um ambiente semelhante a Marte. Os últimos vestígios de vida na Terra serão recuados aos poucos reservatórios de água deixados em nosso planeta.
 
Como é bem conhecido na teoria de evolução estelar, o sol vai permanecer estável nos próximos bilhões de anos, mas tornará-se cada vez mais brilhante e mais quente. O futuro da Terra será muito hostil à vida neste ponto.”, diz O’Malley-James. “Todos os seres vivos necessitam de água em estado líquido, portanto, qualquer vida restante será restrita a bolsões de água líquida, talvez em altitudes mais baixas (como acontece com os lagos em Titã, talvez) ou em cavernas. Esta vida terá que lidar com temperaturas elevadas e radiação ultravioleta intensa.
 
Esta previsão sombria é preocupante porque tem havido uma série de notícias sobre a descoberta de planetas do tamanho da Terra nas zonas habitáveis em torno de outras estrelas, mas pouco se sabe sobre o estágio de evolução da estrela hospedeira desses planetas. Embora o sol queime combustível como uma estrela de sequência principal por 10 bilhões de anos, a janela para o avanço de vida na Terra é de cerca de 25% de toda a vida do sol, de acordo com este último modelo.

Gigantes Vermelhas - Super e hiper gigantes vermelhas

Podemos classificar como gigantes vermelhas estrelas de massa entre 0,5M   e 10M, e que se encontram em sua fase avançada ou terminal na evolução estelar. Gigantes vermelhas são estrelas que esgotaram o suprimento de hidrogênio em seus núcleos e passaram à fusão termonuclear do hidrogênio em uma concha em torno do núcleo. Eles têm o raio dezenas ou centenas de vezes maior do que a do sol. No entanto, o seu invólucro externo é inferior em temperatura, dando-lhes uma cor laranja-avermelhada. Apesar da densidade de energia menor do invólucro, gigantes vermelhas são muitas vezes mais luminosas que o Sol por causa de seu grande tamanho.

Dentre as gigantes vermelhas importantes no céu noturno incluem-se Aldebarã (Alpha Tauri), Arcturo (Alpha Bootis) e Gamma Crucis (Gacrux), enquanto as ainda maiores Antares (Alpha Scorpii) e Betelgeuse (Alpha Orionis) são supergigantes vermelhas e estrelas como VY Canis Majori são hipergigantes vermelhas. Supergigantes vermelhas (RSGs) são estrelas supergigantes (luminosidade classe I) de tipo espectral K ou M. Eles são as maiores estrelas do universo em termos de volume, embora eles não são os mais maciças.
 
Betelgeuse e Antares são os exemplos mais conhecidos de uma supergigante vermelha. Depois que o hidrogênio no núcleo da estrela fundiu, estrelas com mais de cerca de 10 massas solares se tornam supergigantes vermelhas para a duração da sua fase de hélio-fusão. Algumas estrelas como MU Cephei e VY Canis Majori são tão grandes que chama-las simplesmente de supergigantes não dá uma ideia completa de seu tamanho, por isso é comum muitas vezes vermos o termo hipergigante vermelha para se referir à elas.
 
O futuro do sol é se tornar uma gigante vermelha
 
A partir de observações de inúmeras outras estrelas que parecem ser semelhantes ao nosso Sol, prevê-se que o Sol irá eventualmente se mover para cima e para a direita de sua posição atual na seqüência principal e entrar numa fase de gigante vermelha engolindo planetas como Mercúrio, Vênus e a Terra. A fase final do nosso Sol está prevista para ser como uma anã branca. Porém fique tranquilo isso demorará alguns bilhões de anos para acontecer.
Fonte: http://www.cienciasetecnologia.com

Uma estrela massiva na NGC 6357

Créditos da Imagem:NASA, ESA and J. Maiz Apellániz (IAA, Spain)

Por razões desconhecidas, a NGC 6357 está formando algumas das estrelas mais massivas já descobertas. Essa estrela massiva, perto do centro da NGC 6357, está enquadrada acima cavando seu próprio castelo interestelar com a luz energética no gás e na poeira ao redor. Na nebulosa maior, os intrigados padrões são causados pelas complexas interações entre os ventos interestelar, as pressões da radiação, os campos magnéticos e a gravidade. O brilho geral da nebulosa resulta da emissão de luz do gás hidrogênio ionizado. Perto da mais óbvia nebulosa da Pata do Gato, a NGC 6357 abriga o aglomerado estelar aberto Pismis 24, lar de muitas dessas estrelas azuis brilhantes. A parte central da NGC 6357 mostra-se espalhando por aproximadamente 10 anos-luz e localiza-se a aproximadamente 8000 anos-luz de distância na direção da constelação do Escorpião.
Fonte: http://apod.nasa.gov/apod/ap131022.html

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