13 de mar de 2014

Buracos negros são ainda mais estranhos na nova teoria de Hawking

Buracos negros são ainda mais estranhos na nova teoria de Hawking
Os buracos negros podem ser ainda mais estranhos do que os cientistas pensavam, de acordo com um novo estudo feito pelo famoso astrofísico Stephen Hawking. O documento, que tenta resolver um paradoxo entre as teorias gerais da relatividade e da mecânica quântica, foi publicado a 22 de janeiro na revista arXiv.org, e não passou por revisão de pares. No artigo, Hawking afirma que a noção de que nem a luz consegue escapar da atração gravitacional de um buraco negro, uma vez que passa um certo ponto - conhecido como o horizonte de eventos - pode não ser verdadeira. Ainda assim, nem todos os físicos estão convencidos: Alguns dizem que acabar com o conceito de horizonte de eventos não resolve o paradoxo dos buracos negros.

Paradoxo Fundamental

A teoria geral da relatividade de Einstein prediz a existência de buracos negros - objetos tão incrivelmente enormes e densos que puxam tudo nas proximidades para si mesmos, e após um ponto conhecido como o horizonte de eventos, nem mesmo a luz consegue escapar deles. Mas há dois anos, o físico teórico Joseph Polchinski do Instituto Kavli de Física Teórica da Universidade da Califórnia e seus colegas descobriram uma ruga na teoria, apelidada de Paradoxo Firewall. O paradoxo baseia-se numa experiência de pensamento que envolve um astronauta à deriva num buraco negro. Segundo a teoria da relatividade geral de Einstein, o astronauta aproximar-se-ia do horizonte de eventos e, em seguida, passá-lo-ia, sem saber da desgraça iminente.

Isso porque o astronauta estaria em queda livre e, portanto, deve sentir as leis da física de igual forma como se fosse em qualquer outro lugar do universo, segundo a Nature News. Uma vez dentro do buraco negro, o astronauta seria cortado antes de ser esmagado pelo núcleo infinitamente denso do buraco negro, conhecido como singularidade. Mas a mecânica quântica, a teoria física reinante que governa o comportamento de partículas muito pequenas, dita que os buracos negros não são aspiradores de pó cósmicos perfeitos. Em 1974, Hawking teoriza que os buracos negros vazam partículas das suas bordas - um fenómeno conhecido como radiação Hawking.

Tendo em conta que estas partículas representam um tipo de "informação" que pode escapar do horizonte de eventos, Polchinski e seus colegas previram que um anel de fogo, enérgico deve existir apenas dentro do horizonte de eventos - pelo menos se a teoria quântica for válida. A parede de fogo iria incinerar o astronauta antes do núcleo denso comprimir o astronauta a uma partícula minúscula. (De qualquer forma, o astronauta não consegue sair vivo). Esta teoria mexe com a noção de horizonte de eventos como espaço-tempo liso e sem rugas.

Horizonte aparente

Para resolver o paradoxo, o novo trabalho de Hawking propõe que não existe um limite fixo de um horizonte de eventos. "A ausência de horizontes de eventos significa que não existem buracos negros - no sentido de regimes onde a luz não pode escapar para o infinito", escreveu Hawking no artigo.  "Há, no entanto, horizontes aparentes que persistem durante um período de tempo", acrescentou o conhecido cientista. Assim, ao invés de serem fixos, esses horizontes aparentes mudam descontroladamente com o comportamento das partículas quânticas dentro do buraco negro.

Energia e matéria a tentar escapar da morte no buraco negro ficariam presas por algum tempo, antes de eventualmente serem libertadas. Assim, embora a informação pudesse escapar do horizonte de eventos de um buraco negro, ela ficaria tão desesperadamente mexida que seria muito difícil descobrir o que era originalmente, postula Hawking.

"Seria pior do que tentar reconstruir um livro que você queimou em cinzas", disse Don Page, um físico e especialista em buracos negros na Universidade de Alberta, no Canadá, em entrevista à Nature News. Mas nem todos estão convencidos. Por sua parte, Polchinski não acredita que os buracos negros sem horizontes de eventos sejam prováveis de existir no universo. Page também acha que a teoria de Hawking não resolve o paradoxo fundamental.
Fonte: Ciência Online

Detectado objeto com a aproximação mais rápida do Universo

ilustração de jato emitido no centro da galáxia M87
A maior parte do Universo está fugindo de nós, pois ele está expandindo, afastando a maior parte das outras galáxias. A luz de galáxias distantes viaja em nossa direção por esse espaço em expansão, que estica sua luz até  comprimentos de onda mais longos, ou mais vermelhos. Como resultado, o espectro da maioria das galáxias apresenta um desvio para o vermelho. Agora astrônomos descobriram acidentalmente o maior desvio para o azul já visto, em uma estrela que um buraco negro gigante pode ter lançado em nossa direção. Em pequenas distâncias, a gravidade reverteu a expansão do Universo, então modestos desvios para o azul são comuns. Nem o Sistema Solar e nem a galáxia estão se expandindo. Nem mesmo o Grupo Local, o conjunto de aproximadamente 75 galáxias que inclui a Via Láctea, está em expansão. Na verdade, o maior membro do Grupo Local, a Galáxia de Andrômeda, está vindo em nossa direção: ela tem um desvio para o azul de 300 km/s.  Mas astrônomos identificaram um objeto muito além das fronteiras do Grupo Local, com um desvio para o azul de 1.026 km/s, superando em muito o recorde anterior de 780 km/s estabelecido por uma estrela na Galáxia de Andrômeda. “É sempre divertido fazer essas descobertas”, declara Nelson Caldwell, astrônomo do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, que realizou não apenas esta descoberta, mas também a anterior.

“E foi totalmente acidental! Astrônomos já tinham registrado velocidades maiores quando jatos ou explosões atiravam detritos em nossa direção, mas eles nunca viram o corpo principal de uma estrela, aglomerado estelar ou galáxia exibir um desvio tão extremo para o azul. Caldwell e seus colegas estavam medindo desvios Doppler de aglomerados estelares ao redor da M87, uma galáxia elíptica gigante localizada no centro do Aglomerado de Virgem, a 54 milhões de anos-luz da Terra.
  
Ao contrário do Grupo Local, que só tem duas galáxias gigantes, Andrômeda e nossa própria Via Láctea, o aglomerado de Virgem tem dezenas de grandes galáxias. A M87 tem um número enorme de aglomerados estelares muito próximos uns dos outros, chamados de “globulares”.  Enquanto a Via Láctea tem aproximadamente 160 aglomerados globulares conhecidos, a M87 tem cerca de 10 mil. Além disso, o centro da M87 tem um buraco negro que faz o da Via Láctea parecer minúsculo, pesando entre seis e sete bilhões de massas solares, mais de mil vezes as quatro milhões de massas solares do buraco negro que ocupa o centro da Via Láctea.
  
Em 2005, astrônomos relataram a descoberta de uma “estrela em hipervelocidade” que o buraco negro central da Via Láctea havia arremessado para fora. De acordo com uma ideia proposta há duas décadas, quando um sistema estelar binário chega perto o bastante de um buraco negro, uma estrela cai dentro dele, perdendo uma grande quantidade de energia; para conservar energia, a outra estrela se afasta em alta velocidade. Um cenário diferente, envolvendo três corpos estelares, pode explicar o que a equipe de Caldwell chamou de “primeiro aglomerado globular em hipervelocidade”. Se o buraco negro da M87 realmente consistir de dois buracos negros orbitando um ao outro, eles teriam a capacidade de arremessar um aglomerado estelar que se aproximasse demais.

A gravidade do aglomerado faz os dois buracos negros se aproximarem um pouco mais um do outro, fazendo com que percam energia orbital que é transferida para o aglomerado estelar. Se esse aglomerado se afastar em nossa direção, ele poderia adquirir um grande desvio para o azul mesmo que a galáxia que o aremessou tenha um desvio para o vermelho de 1.307km/s. “Esse é um objeto muito interessante”, declara Daniel Batcheldor, astrônomo do Instituto de Tecnologia da Flórida, que não tem afiliação com os pesquisadores. “Nós suspeitamos que, no passado, um buraco negro binário tenha existido no centro da M87, mas não achamos que exista um atualmente”.
 
Um buraco negro binário pode surgir após a colisão de duas grandes galáxias, cada uma com seus próprios buracos negros. Além disso, essas fusões galácticas explicariam o tamanho colossal da M87. Quando seu buraco negro central ainda tinha a forma de dois buracos negros supermassivos distintos, ele poderia ter expulsado o aglomerado estelar. Mas Batcheldor declara que o objeto com desvio para o azul poderia ser uma galáxia-anã no lado distante da M87, mergulhando na galáxia, o que explicaria sua alta velocidade em nossa direção.  Observações adicionais serão fundamentais. “Para realmente determinar se o aglomerado foi ejetado da M87, nós precisamos saber sua distância”, explica Caldwell. O telescópio espacial Hubble pode vislumbrar as estrelas mais brilhantes do aglomerado, que revelarão sua distância. Se estiverem mais perto que a M87, o cenário de ejeção ganharia apoio.
  
Apesar de seu extremo desvio para o azul o objeto não nos atingirá, porque certamente tem algum movimento lateral. Mas seu futuro será solitário. “Esse objeto acabará saindo do Aglomerado de Virgem, e então ficará entre aglomerados galácticos”, observa Caldwell. “Se ele realmente tiver sido ejetado por algum mecanismo de buracos negros binários, então provavelmente devem haver mais alguns deles por lá. Com certeza nós vamos continuar procurando”. Um artigo do trabalho foi enviado para o periódico The Astrophysical Journal Letters.
Fonte: Astro News
Scientific American

VLT detecta a maior estrela hipergigante amarela

Observações recentes e antigas revelam sistema binário exótico

O interferômetro do Very Large Telescope (VLT) do ESO revelou a maior estrela amarela já encontrada até hoje. Descobriu-se que esta hipergigante tem um tamanho superior a 1.300 vezes o diâmetro do Sol e faz parte de um sistema estelar duplo, com uma segunda componente tão próxima que ambas as estrelas estão em contato. Observações obtidas ao longo de sessenta anos, algumas por observadores amadores, indicam também que este objeto raro e extraordinário está mudando muito depressa, o que significa que o estamos observando durante uma fase muito breve da sua vida.

Com o auxílio do Interferômetro do Very Large Telescope (VLTI) do ESO, Olivier Chesneau (Observatoire de la Côte d´Azur, Nice, França) e uma equipe internacional de colaboradores descobriram que a estrela hipergigante amarela HR 5171 A, é também conhecida como V766 Cen, HD 119796 e HIP 67261, é absolutamente monstruosa. Objetos comparáveis parecem ser todos supergigantes vermelhas, os quais atingem 1.000 a 1.500 vezes o raio do Sol e têm massas iniciais não superiores a 20 a 25 massas solares. Esperava-se que o raio de uma supergigante amarela fosse de 400 700 vezes o do Sol. Este fato faz com que esta seja a maior estrela amarela que conhecemos e também uma das dez maiores estrelas conhecidas, 50% maior que a famosa supergigante vermelha Betelgeuse, e cerca de um milhão de vezes mais brilhante que o Sol.
 
“As novas observações mostraram também que esta estrela tem uma companheira binária muito próxima, o que foi uma verdadeira surpresa”, diz Chesneau. “As duas estrelas estão tão próximas que se tocam e todo o sistema parece um amendoim gigantesco”. Os astrônomos usaram uma técnica chamada interferometria para combinar a radiação coletada pelos vários telescópios individuais, criando assim um telescópio virtual gigante de 140 metros de diâmetro. Os novos resultados levaram a equipe a verificar cuidadosamente observações anteriores desta estrela, num período que abange mais de sessenta anos, no intuito de estudar o seu comportamento no passado.
  
As estrelas hipergigantes amarelas são muito raras, apenas se conhecendo cerca de uma dúzia na nossa Galáxia, o melhor exemplo de uma estrela deste tipo é a Rho Cassiopeiae. Estes objetos, que estão entre as maiores e mais brilhantes estrelas conhecidas, encontram-se numa fase das suas vidas em que são instáveis e por isso mudam muito rapidamente. Devido a esta instabilidade, as hipergigantes amarelas expelem material para o exterior, formando uma atmosfera grande e extensa em torno da estrela. Apesar da enorme distância a que se encontra da Terra (quase 12.000 anos-luz), esta estrela ainda pode ser vista a olho nu por pessoas com excelente visão. A magnitude visual da HR 5171 A varia entre 6,10 e 7,30 e a estrela pode ser vista na constelação de Centauro.

Descobriu-se que a HR 5171 A tem se tornado maior nos últimos 40 anos, arrefecendo à medida que cresce. A evolução desta estrela está sendop de fato observada ao vivo. Apenas algumas estrelas são observadas nesta fase muito breve das suas vidas, momento em que sofrem variações dramáticas de temperatura, originadas pela sua rápida evolução. Ao analisar os dados da variação do brilho da estrela, através de observações obtidas noutros observatórios, os astrônomos confirmaram que o objeto é um sistema binário de eclipse, com a componente menor passando à frente e atrás da maior, à medida que a orbita. Neste caso, a HR 5171 A tem na sua órbita uma estrela companheira que demora 1.300 dias para dar uma volta completa. A companheira mais pequena é apenas ligeiramente mais quente que a temperatura de superfície de 5.000º Celsius da HR 5171 A.
  
Chesneau conclui: "A companheira que descobrimos é bastante importante, pois a sua presença pode influenciar o destino da HR 5171 A, ao arrancar-lhe, por exemplo, as camadas exteriores, modificando-lhe assim o processo de evolução”. Esta nova descoberta põe em destaque a importância de estudar estas estrelas hipergigantes enormes e amarelas de vida curta, podendo ajudar também a compreender melhor o processo de evolução das estrelas de grande massa, de modo geral. Este trabalho foi descrito no artigo científico intitulado “The yellow hypergiant HR  5171 A: Resolving a massive interacting binary in the common envelope phase”, de Chesneau et al., que será publicado na revista especializada Astronomy & Astrophysics.
Fonte: ESO

Estrela de Planck emerge de buracos negros

Estrela de Planck emerge de buracos negros
No arXiv foi publicado um novo estudo que introduz a ideia de uma estrela de Planck que resulta de um buraco negro. Esses objetos hipotéticos não são uma estrela no sentido tradicional, mas sim a massa emitida quando um buraco negro morre nas mãos da radiação Hawking.  O artigo não foi ainda revisto por pares, mas apresenta uma ideia interessante e um possível teste de observação. Quando uma estrela gigante chega ao fim da sua vida, explode em supernova, o que pode fazer com que o seu núcleo colapse e se transforme num buraco negro. No modelo tradicional de buraco negro, o material cai num volume infinitesimal conhecido como singularidade.

Claro que isso não leva em conta a teoria quântica. Embora não tenhamos uma teoria completa da gravidade quântica, sabemos algumas coisas. Uma delas é que os buracos negros não devem durar eternamente. Devido a flutuações quânticas perto do horizonte de eventos de um buraco negro, é emitida a chamada radiação de Hawking. Como resultado, um buraco negro irá gradualmente perder massa, uma vez que a irradia. A quantidade de radiação Hawking que emite é inversamente proporcional ao seu tamanho, até desaparecer por completo.

O facto de os buracos negros não durarem para sempre, levou Stephen Hawking a propor que os buracos negros não têm um horizonte de eventos, mas sim um horizonte aparente. Isso significaria que o material dentro de um buraco negro não entraria em colapso numa singularidade, e é nesse ponto em que o novo estudo entra em cena. Os autores propõem que, em vez de desmoronar em singularidade, a matéria dentro de um buraco negro vai entrar em colapso até  ficar com um trilionésimo de um metro de tamanho.

Nesse ponto, a sua densidade estaria na ordem da densidade de Planck. Quando o buraco negro termina a sua vida, uma “estrela de Planck” poderia emergir. Uma vez que esta “estrela” estaria na densidade de Planck, ela iria irradiar um comprimento de onda específico de raios gama. Então, se elas existirem, um telescópio de raios gama poderá ser capaz de observá-la. Ainda assim, isso ainda é muito especulativo. Até agora não há nenhuma evidência observacional de que tal estrela exista.
Fonte: Ciência On-Line

Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...