11 de mar de 2014

O paradoxo de Olbers e o enigma da escuridão do céu

O paradoxo de Olbers e o enigma da escuridão do céuPor que ao olharmos o céu noturno não o vemos de uma maneira uniforme ?
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.

Beta Pictoris: Um dos sistemas solares mais violentas já descobertos

Beta Pictoris: Um dos sistemas solares mais violentos já descobertos

Há um sistema solar perto daqui que hospeda um campo de destroços extraordinariamente ativo, aquela em que um cometa é aniquilado a cada cinco minutos. Os astrônomos dizem que pode ser o resultado de detritos gravitacionalmente presos – ou uma colisão catastrófica entre dois planetas do tamanho de Marte. O sistema solar, chamado Beta Pictoris, está localizado a cerca de 63 anos-luz da Terra. Ele se formou cerca de 20 milhões de anos atrás, por isso é um parente recém-chegado à galáxia. Tem um planeta conhecido, Beta Pictoris b, localizado a 1,2 bilhões de quilômetros da estrela e uma massa várias vezes maior que a de Júpiter. Mas o sistema também possui um campo de destroços de destaque e luminoso – e dentro dele, uma nuvem compacta de gás venenoso orbita a margem externa do sistema solar. É formada (e continua a ser mantida) por colisões entre um enxame de corpos semelhantes a cometas gelados. Os cientistas têm duas teorias para explicar a sua presença: os restos congelados são presos e unidos pela gravidade de um planeta ainda a ser descoberto, ou é o remanescente de uma colisão entre dois planetas gelados.

Ao utilizar o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), no Chile, uma equipe de astrônomos internacionais mapeou o comprimento de luz que emana da poeira e das moléculas de monóxido de carbono dentro do disco, revelando uma quantidade desproporcional do último – cerca de 0,3% a massa da nossa lua. Este gás é um dos muitos encontrados armazenados em cometas e outros corpos gelados que, junto com a poeira e grãos de gelo, são liberados após colisões.

Dentro deste vasto cinturão de monóxido de carbono está um aglomerado de gás localizado a cerca de 13 bilhões de km da estrela, o que é cerca de 3 vezes a distância entre Netuno e o nosso Sol (85 UA). Notavelmente, a quantidade total de CO medido ultrapassa 200 bilhões de toneladas, o que equivale a cerca de um sexto da massa dos oceanos da Terra. Cerca de 100 anos são necessários para a luz ultravioleta da estrela quebrar moléculas de CO, uma duração muito mais rápida do que o tempo que levaria  para a nuvem completar uma única órbita em torno da estrela. É certamente possível que nós estamos observando Beta Pictoris durante esta janela de tempo excepcionalmente pequena. É mais provável, porém, que alguma coisa a mais está acontecendo.

Essa outra coisa, dizem os astrônomos, é a reposição contínua de monóxido de carbono na nuvem, provavelmente causada pelas colisões constantes e frequentes entre os corpos celestes gelados dentro dela. Na verdade, os cálculos mostram que, para compensar a dissipação de moléculas de CO, um grande cometa deve ser destruído de cinco em cinco minutos. Os astrônomos estão agora tentando descobrir o porquê. Uma possibilidade é que o sistema solar tenha um planeta gigante desconhecido perto da extremidade interior do cinturão de CO. Comparativamente, a gravidade de Júpiter tem aprisionado milhares de asteróides em dois grupos – um grupo na frente e outro atrás da órbita do gigante do gás.

Felizmente, astrônomos são capazes de observar Beta Pictoris quase de lado, o que lhes permite determinar se o cinturão de CO tem uma única concentração de gás ou duas em lados opostos da estrela. Eles não estão inteiramente certos, mas estão atualmente inclinando-se para o segundo cenário. Se for esse o caso, mais observações devem revelar o segundo grupo e o planeta misterioso. Mas, se os astrônomos não puderem encontrar esses dois elementos ausentes, deixam um cenário alternativo: uma colisão entre dois planetas gelados do tamanho de Marte em torno de meio milhão de anos atrás.

WISE descobre milhares de novas estrelas, mas nenhum "PLANETA X"

Depois de pesquisar centenas de milhões de objectos em todo o nosso céu, o WISE (Wide-Field Infrared Survey Explorer) da NASA não obteve evidências do suposto corpo celeste no nosso Sistema Solar chamado "Planeta X".
Os pesquisadores já haviam teorizado acerca da existência deste grande corpo celeste, mas invisível, suspeito de estar algures para lá da órbita de Plutão. Além de "Planeta X", o objecto tinha outras alcunhas, incluindo "Némesis" e "Tyche". Este estudo recente, que envolveu a análise de dados do WISE cobrindo todo o céu no infravermelho, não encontrou nenhum objecto do tamanho de Saturno ou maior até uma distância de 10.000 UA (Unidade Astronómica), e nenhum objecto maior que Júpiter até 26.000 UA. Uma Unidade Astronómica equivale a 150 milhões de quilómetros. A Terra está a 1 UA, e Plutão a cerca de 40 UA, do Sol.

"O Sistema Solar exterior provavelmente não contém um planeta gigante gasoso, ou uma pequena estrela companheira," afirma Kevin Luhman do Centro para Exoplanetas e Mundos Habitáveis da Universidade Penn State, no estado americano da Pennsylvania, autor de um artigo que descreve os resultados e publicado na revista Astrophysical Journal. Mas as pesquisas do catálogo WISE não estão de mãos vazias. Um segundo estudo revela vários milhares de novos residentes do "quintal" do Sol - estrelas e corpos frios chamados anãs castanhas.

"Sistemas estelares vizinhos, que se têm escondido, saltam à vista nos dados do WISE," realça Ned Wright da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, investigador principal da missão. O segundo estudo do WISE, que se concentrou em objectos para lá do nosso Sistema Solar, descobriu 3525 estrelas e anãs castanhas até 500 anos-luz do nosso Sol. "Estamos encontrando objectos que foram anteriormente totalmente ignorados," comenta Davy Kirkpatrick do Centro de Processamento e Análise Infravermelha do Instituto da Califórnia em Pasadena. Kirkpatrick é o autor principal do segundo artigo, também publicado na Astrophysical Journal. Alguns destes 3525 objectos foram também encontrados no estudo Luhman, que catalogou 762 objectos.

A missão WISE operou a partir de 2010 até ao início de 2011, período durante o qual realizou duas varreduras completas do céu - intercaladas por um espaço de seis meses. O estudo capturou imagens de cerca de 750 milhões de asteróides, estrelas e galáxias. Em Novembro de 2013, a NASA divulgou os dados do programa AllWISE, que agora permite com que os astrónomos comparem as duas pesquisas do céu à procura de objectos em movimento.

No geral, quanto mais um objecto nas imagens WISE parece mover-se ao longo do tempo, mais perto está. Esta pista visual é o mesmo efeito quando observamos um avião voando perto do solo versus o mesmo avião voando a maior altitude. Apesar de viajar com a mesma velocidade, o avião a maior altitude parecerá estar movendo-se mais lentamente. As pesquisas destes objectos em movimento no catálogo de dados WISE estão descobrindo algumas das estrelas mais próximas. As descobertas incluem uma estrela localizada a cerca de 20 anos-luz na constelação do Esquadro (Norma), e como anunciado no anterior mês de Março, um par de anãs castanhas a apenas 6,5 anos-luz - tornando-o no sistema estelar mais próximo descoberto em quase um século.

Apesar do grande número de novos vizinhos do Sol encontrados graças ao WISE, o "Planeta X" não aparece. As especulações anteriores sobre este corpo hipotético originaram, em parte, de estudos geológicos que sugeriam um "timing" regular associado com extinções em massa na Terra. A ideia era que um grande planeta ou uma pequena estrela escondida nos confins do nosso Sistema Solar poderia varrer periodicamente bandas de cometas exteriores, enviando-os em direcção ao nosso planeta. As teorias de extinção em massa baseadas no Planeta X foram amplamente descartadas, até muito antes do novo estudo WISE.

Outras teorias baseadas em órbitas irregulares também haviam postulado um corpo do tipo Planeta X. O novo estudo WISE argumenta agora também contra estas teorias. Ambas as varreduras WISE foram capazes de encontrar objectos que a outra havia perdido, sugerindo que muitos outros corpos celestes provavelmente estão à espera de ser descobertos nos dados do WISE.

"Nós achamos que existem ainda mais estrelas a descobrir com o WISE. Nós não conhecemos o 'quintal' do nosso Sol tão bem quanto pensamos," afirma Wright. O WISE foi colocado em modo de hibernação após completar a sua missão principal em 2011. Em Setembro de 2013, foi reactivado, rebaptizado NEOWISE e foi-lhe atribuída uma nova missão para ajudar os esforços da NASA em identificar a população de objectos potencialmente perigosos próximos da Terra. O NEOWISE também vai caracterizar asteróides e cometas anteriormente conhecidos para entender melhor os seus tamanhos e composições.
Fonte: Astronomia On-Line
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