23 de mai de 2014

Universo veio do nada, dizem físicos

O nada seria o vazio que resta antes do surgimento do Universo?
O mundo da cosmologia foi abalado no mês passado pelo bombástico anúncio de que um experimento americano havia detectado confirmação da expansão violenta do Universo após o Big Bang — um processo que teria acontecido no primeiro bilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de bilionésimo de segundo após o nascimento do cosmos. Agora, um trio de físicos chineses diz que pode explicar o instante inicial, o momento exato do surgimento do Universo. E o cosmos inteiro, tudo que existe, teria nascido do nada. É isso mesmo. Do nada. Deixe essa conclusão assentar por alguns segundos, porque é de abalar todas as estruturas. Agora, vamos qualificar essa ideia. Nem é preciso dizer que se trata de uma afirmação para lá de controversa. Como a expansão inicial — chamada de inflação cósmica — teria “apagado” qualquer sinal de algo que aconteceu naquela minúscula fração de segundo antes dela, não existe esperança de encontrar confirmação observacional deste fato. Por outro lado, é exatamente a conclusão a que você chega quando aplica a mecânica quântica ao estudo da origem do Universo. E não existe na física uma teoria mais testada e retestada que essa. Todos os nossos estudos da física de partículas — incluindo a recente descoberta do bóson de Higgs, tão celebrada — confirmam sua solidez.


VÁCUO EM TERMOS - Há tempos os cientistas já sabem que o que chamamos de vácuo não é realmente a ausência completa de tudo. Isso porque a mecânica quântica nos confronta com uma ideia muito maluca: coisas podem existir e não existir ao mesmo tempo. Todas as partículas são, na verdade, ondas de probabilidade. Isso significa que no vácuo, a cada dado momento, existe uma probabilidade não-nula (ou seja, maior que zero) de que uma partícula esteja ali. E tudo bem, contanto que essa partícula só exista por uma minúscula fração de segundo antes de ser destruída, preservando assim um dos pilares da física, que é a lei de conservação de matéria/energia do Universo. É a proibição do almoço grátis, que se manifesta da seguinte maneira: a cada vez que a lei das probabilidades faz o vácuo gerar partículas, elas nascem aos pares, que logo se aniquilam e desaparecem. Por essa razão, elas são chamadas pelos físicos de partículas virtuais.

Disso tiramos duas conclusões importantes. A primeira: não existe nada de mágico no surgimento de partículas a partir do nada — o vácuo faz isso o tempo todo. E a segunda: como essas partículas em geral desaparecem numa mínima fração de segundo, isso tem efeito zero no total de energia no cosmos. É bom lembrar que as partículas virtuais são mais que uma hipótese. Elas são confirmadas, por exemplo, nas colisões promovidas no LHC. Ninguém duvida que o vácuo possa parir coisas do nada. Há demonstração experimental desse fato. E por isso a ideia de que o Universo nasceu do nada sempre foi atraente para os cientistas. Outra alternativa seria supor que o Universo nasceu de outro Universo, mas isso só transfere a pergunta deste para a encarnação cósmica anterior. Uma terceira opção, menos favorecida pelos físicos, é a de que um Criador teria concebido o cosmos, 13,8 bilhões de anos atrás. Naturalmente, não é a favorita da maioria dos cientistas, e nem é por desgostarem das religiões. O problema aí é que, quando você evoca Deus para explicar alguma coisa, a ciência termina.

Não há como testar essa hipótese — nem por matemática, nem por observação. É um beco sem saída do ponto de vista científico. (Não quer dizer que não seja verdade; só quer dizer que a ciência jamais pode chegar a essa conclusão, por definição. E a atitude de dispensar Deus das explicações tem sido recompensadora para os cientistas durante séculos — pelo menos desde que eles decidiram que trovões não eram manifestações de uma divindade furiosa.) Pois bem. Por essas razões todas, a noção de que o Universo nasceu do nada é atraente. Mas ninguém havia apresentado uma prova matemática rigorosa de que podia funcionar deste modo. Até agora.


AFIRMAÇÃO EXTRAORDINÁRIA - “Neste trabalho, nós apresentamos esta prova, baseados nas soluções analíticas da equação de Wheeler-DeWitt”, afirmam corajosamente Dongshan He, Dongfeng Gao e Qing-yu Cai, físicos da Academia Chinesa de Ciências, num artigo recém-publicado na rigorosa revista científica “Physical Review D”. O título do trabalho? “Criação espontânea do Universo a partir do nada.” A tal equação mencionada é um instrumento importante que está sendo usado no desenvolvimento das teorias de gravidade quântica — uma tentativa de reunir a relatividade geral (que descreve a gravidade) e a mecânica quântica (que explica todo o resto) no mesmo balaio. Ninguém sabe ainda qual versão dessas teorias vingará, mas aproximações ocasionais são possíveis. É o caso aqui.

Seguindo rigorosamente a matemática, os pesquisadores concluem que, a partir de flutuações quânticas de um “falso vácuo metaestável”, um desfecho natural é a criação de uma pequena bolha de vácuo verdadeiro, que então infla agressivamente por uma fração de segundo e então para, exatamente como previsto e confirmado nas observações que temos à disposição. OK, para tudo. Meu reflexo aqui foi: bacana, mas que diabos é um “falso vácuo metaestável”, o suposto fabricante do Universo? Perguntei a Qing-yu Cai, e ele me explicou que é chamado de falso porque ele teria mais energia do que a presente num vácuo verdadeiro (embora ainda fosse vácuo), e metaestável porque é um estado que não se sustenta por muito tempo. “Ele pode decair para um estado de vácuo verdadeiro por flutuações quânticas”, afirma Qing-yu Cai.

 “No artigo, demonstramos que uma vez que uma pequena bolha de vácuo verdadeiro seja criada por flutuações quânticas de um falso vácuo metaestável, ela pode expandir exponencialmente. Quando a pequena bolha de vácuo verdadeiro se torna grande, a expansão exponencial termina, e o Universo-bebê aparece. Incrível, não é? Mas ainda falta uma coisinha. Descobrimos aí de onde veio o espaço-tempo que habitamos — é a tal pequena bolha de vácuo verdadeiro que se expandiu durante o período de inflação cósmica. Mas não está faltando alguma coisa, não? E toda a matéria do Universo? Sem ela, isso aqui não teria a menor graça. De onde ela pode ter vindo?

Os pesquisadores explicam isso de maneira graciosa ao final de seu artigo. E a chave está nas partículas virtuais, que já mencionamos anteriormente. Veja o que eles dizem:

“Em razão do princípio da incerteza de Heisenberg, deve haver pares de partículas virtuais criadas por flutuações quânticas. Falando de maneira geral, um par de partículas virtuais irá se aniquilar logo após seu nasicmento. Mas duas partículas virtuais de um par podem ser separadas imediatamente antes da aniquilação pela expansão exponencial da bolha. Logo, haveria uma grande quantidade de partículas reais criadas conforme a bolha de vácuo se expande exponencialmente.”

ou seja, a expansão súbita (lembre-se, por uma mínima escala de tempo, o Universo cresceu mais depressa que a velocidade da luz!) converteria os pares de partículas virtuais em reais, ao separá-las e levá-las a cantos opostos do cosmos. Eis aí a matéria-prima para tudo que existe, inclusive você e eu. Vamos combinar que pode até não ser verdade, mas é uma história convincente e bem fundamentada.

E O FUTURO? - Ao navegar por essas águas complicadas, contudo, o Mensageiro Sideral ficou com uma preocupação. Se o vácuo pode parir um Universo inteiro do nada, quem garante que não vai acontecer agora, neste instante, e rasgar o nosso espaço-tempo em favor desse novo bebê cósmico? Perguntei a Qing-yu Cai, mas ele me tranquilizou. Quando a bolha de vácuo se torna suficientemente grande, seu potencial quântico que é tal que a energia para expansão exponencial será muito pequena, e portanto a expansão exponencial irá parar. O escalar do vácuo atual é muito grande, e seu potencial quântico é negligenciável”, disse. “Na minha opinião, se o espaço pudesse ser dividido em pequenas partes diferentes, isso iria rasgar o nosso Universo. Mas o espaço-tempo é um todo, não pode ser separado arbitrariamente. Isso impede nosso vácuo atual de passar por esse processo de novo.” Ótima notícia. Seja lá qual for sua crença a respeito da origem do Universo, todas as alternativas apontam para o fato de que ele foi feito para durar.
Fonte: Mensageiro Sideral

Estrela maior que o Sol explode a 360 milhões de anos-luz da Terra


Novidade pode ajudar cientistas a entenderem como as estrelas Wolf-Rayet, que são extremamente raras, se formam
Foto: Avishay Gal-Yam/“Weizmann Institute of Science“Pela primeira vez astrônomos têm a confirmação de que uma estrela do tipo Wolf-Rayet morreu em uma violenta supernova

O Sol tem 330 mil vezes a massa da Terra e é responsável por 99,86% da massa total de todo o Sistema Solar. Ele é capaz de gerar cerca de 400 trilhões de trilhões de watts de energia por segundo, além de apresentar uma temperatura de superfície de 10 mil graus Celsius. No entanto, para uma estrela, tudo isso é considerado pouco. As verdadeiras gigantes cósmicas são as estrelas Wolf-Rayet, que apresentam massa 20 vezes superior a do Sol e são pelo menos cinco vezes mais quentes. Como elas são relativamente raras e muitas vezes obscuras, os cientistas não sabem a fundo como se formam, vivem e morrem. Este cenário, no entanto, pode estar mudando graças a um levantamento inovador chamado “intermediate Palomar Transient Factory” (iPTF), que usa recursos do “National Energy Research Scientific Computing Center” (NERSC) e do “Energy Sciences Network” (Esnet), ambos localizados nos EUA. O projeto avalia eventos cósmicos efêmeros como as supernovas - nome dado aos corpos celestes surgidos após as explosões de estelares.

Por meio desse trabalho, pela primeira vez cientistas obtiveram a confirmação direta de quem uma estrela Wolf-Rayet - situada 360 milhões de anos-luz de distância da Terra, na constelação de Bootes - morreu em uma violenta explosão conhecida como supernova tipo IIb. Os pesquisadores da “Weizmann Institute of Science”, de Israel, liderados pelo cientista Avishay Gal- Yam, conseguiram capturar a SN 2013cu poucas horas após sua explosão. Eles acionaram telescópios terrestres e espaciais para observar o evento por cerca de 5,7 horas, apenas cerca de 15 horas após seu início. Estas observações estão fornecendo informações valiosas sobre a vida e morte da progenitora das Wolf- Rayet. - Nossa atual capacidade de observação nos coloca a caminho de do estudo em tempo real de supernovas - diz Gal-Yam, astrofísico do Instituto Weizmann.

Estrelas supermassivas

Algumas estrelas supermassivas tornam-se Wolf-Rayets na fase final de suas vidas. Os cientistas também descobriram que essas estrelas enriquecem as galáxias com os elementos químicos pesados ​​que eventualmente podem se tornar blocos de construção para outros planetas. - Estamos gradualmente determinando quais os tipos de estrelas explodem, o porquê, e que tipos de elementos essas explosões produzem. Estes elementos também são fundamentais para a existência da vida. Num sentido muito real, estamos tentando descobrir nossas próprias origens estelares - diz Alex Filippenko, professor de Astronomia na Universidade de Berkeley.

Todas as estrelas, não importa o tamanho, passam a vida fundindo átomos de hidrogênio para criar hélio. Quanto maior a massa, maior a gravidade que ela exerce, o que acelera a fusão de seu núcleo, aumentando a geração de energia para compensar o colapso gravitacional. Quando o hidrogênio se esgota, uma estrela supermassiva continua a fundir elementos ainda mais pesados, como carbono, oxigênio, neônio, sódio, magnésio e assim por diante, até que seu núcleo se transforma em ferro.

Quando o núcleo é grande o demais, liberando uma quantidade enorme de energia, que rasga a estrela e ejeta seus restos violentamente para o espaço. É a supernova. A fase de Wolf- Rayet ocorre antes da supernova. Como a fusão nuclear diminui, os elementos pesados forjados no núcleo desencadeiam fortes ventos, que derramar uma quantidade enorme de material para o espaço.
Fonte: OGLOBO.COM

Chuva de meteoros na Lua hoje!


Vai chover pedra de cometa no solo lunar hoje à noite!
O hemisfério Norte está ligadão hoje à noite para o que pode ser uma espetacular (e nova) chuva de meteoros. Nós aqui no Patropi não teremos grande chance de observar diretamente, mas um grupo de astrônomos amadores brasileiros se recusa a desistir. Eles vão tentar ver a colisão dos meteoroides na Lua! É a tal história: pau que bate em Chico, bate em Francisco. Se a Terra atravessa uma região de poeira cósmica no espaço, é grande a chance de a Lua, nossa eterna companheira, também fazer a mesma coisa. No caso em questão, nosso planeta e seu satélite natural atravessarão, na madrugada de hoje para amanhã, a trajetória do cometa 209P/Linear, descoberto em 2004. Ao fazerem isso, partículas que tenham sido deixadas pelo astro quando ele passou por aqui entrarão em alta velocidade na atmosfera terrestre, produzindo as famosas estrelas cadentes. (Quem acompanha o Mensageiro Sideral teve a chance de testemunhar um fenômeno desses no começo do mês, ocasionado por poeira deixada pelo cometa Halley em sua última passagem.)

Os meteoros devem partir de uma região na constelação de Camelopardis, o que é bem frustrante para nós no hemisfério Sul. Essa área do céu fica bem pertinho do polo Norte celeste, o que implica dizer que é invisível daqui das nossas bandas austrais. Não se dando por vencidos, dois astrônomos amadores ligados à Rede Brasileira de Monitoramento de Meteoros (Bramon) vão tentar observar o fenômeno. Em vez de buscar as estrelas cadentes na atmosfera terrestre, eles vão olhar para a Lua. A intrépida tentativa será feita por Cristóvão Jacques, um dos responsáveis pela descoberta do primeiro e do segundo cometas 100% nacionais, em Minas Gerais, e Marcelo Domingues, no Distrito Federal.

Eles apontarão câmeras sensíveis para o disco lunar, na esperança de detectar flashes resultantes do impacto de partículas com nosso satélite natural. A fase crescente é propícia para essa estratégia de observação, pois boa parte do disco lunar estará às sombras, facilitando a identificação de colisões. Ninguém sabe quais exatamente são os tamanhos dos pedaços do 209P/Linear que estão por aí, mas a ausência de atmosfera na Lua amplifica o potencial de detecção produzido por uma colisão. Segundo o pessoal da Bramon, uma pedrinha de 5 quilos pode abrir uma cratera de quase 10 metros na superfície lunar. Aqui na Terra, se uma pedra do mesmo tamanho adentra a atmosfera, ela tende a queimar por inteiro, sem causar estragos.

“Os resultados de eventuais capturas estarão à disposição da comunidade científica brasileira e constituirão o início de um novo campo de pesquisas em astronomia no nosso país”, afirmam Carlos Bella e Gabriel Gonçalves, membros da Bramon.  Tanto em seu trabalho usual como nessa ocasião especial, a equipe da Bramon tem trabalhado duro para monitorar o ambiente espacial na região da órbita da Terra. Trata-se de uma iniciativa importante para a caracterização de quantos pedregulhos espaciais costumam adentrar a atmosfera do nosso planeta e, talvez mais importante, de qual é o nível de risco para nossa infraestrutura em órbita — satélites, naves e estações espaciais. Isso sem falar no que costumo chamar de “cool factor”: contar estrelas cadentes é sempre muito legal!
Fonte: Mensageiro Sideral

O alvo da Sonda Rosetta

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A sonda Rosetta capturou esta série fascinante de nove quadros entre os dias 27 de março e 04 de maio, fechando aproximadamente 5.000.000 – 2.000.000 quilômetros do alvo em que a Sonda deve pousar. Na imagem acima, o Cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko é visto passando por um fundo distante de estrelas em Sagitário e o aglomerado de estrelas da gobular M104. O cometa com sua coma em desenvolvimento é realmente visível até o final da sequência, que se estende por cerca de 1.300 km no espaço. Rosetta está programada para agosto em um encontro precoce com o núcleo do cometa. Agora, claramente ativa, o núcleo tem cerca de 4 quilômetros de diâmetro, liberando o coma empoeirado como seu gelo e o resto de poeira, começando a sublimar na luz do sol. A sonda Rosetta entrará em contato com a superfície do núcleo em novembro.

Aglomerados cósmicos lançam as sombras mais escuras

Astrónomos descobriram aglomerados de poeira e gás tão escuros e densos que provocam as sombras mais profundas já registadas. Os aglomerados foram descobertos dentro de uma enorme nuvem cósmica. Crédito: NASA/JPL-Caltech/Universidade de Zurique

Astrónomos descobriram aglomerados cósmicos tão escuros, densos e poeirentos que lançam as sombras mais profundas já registadas. Observações infravermelhas destas regiões com o Telescópio Espacial Spitzer da NASA paradoxalmente iluminam o caminho para compreender como as estrelas mais brilhantes se formam. Os aglomerados representam as áreas mais escuras de uma nuvem cósmica de gás e poeira localizada a cerca de 16.000 anos-luz de distância. Um novo estudo aproveita as sombras provocadas por estes aglomerados para medir a estrutura e massa da nuvem.

Os resultados sugerem que a nuvem de poeira provavelmente irá evoluir para um dos mais massivos enxames estelares na nossa Galáxia. Os aglomerados mais densos vão resultar nas maiores e mais poderosas estrelas, chamadas estrelas da classe O, cuja formação há muito intriga os cientistas. Estas estrelas gigantes têm um grande impacto sobre o ambiente interestelar local, ao mesmo tempo ajudando a criar os elementos pesados necessários para a vida.

"O mapa de estrutura da nuvem e dos seus núcleos densos que fizemos neste estudo revela muitos dos pequenos detalhes acerca do processo de formação de estrelas gigantes e enxames estelares," realça Michael Butler, investigador de pós-doutorado na Universidade de Zurique, Suíça, e principal autor do estudo, publicado na revista The Astrophysical Journal Letters.

O mapa topo de gama tem ajudado a determinar a massa da nuvem, equivalente a 70.000 sóis compactados numa área com cerca de 50 anos-luz em diâmetro. O mapa é cortesia do Spitzer no infravermelho, que consegue mais facilmente penetrar o gás e a poeira do que a luz visível. O efeito é similar ao que dá a cor avermelhada ao pôr-do-Sol durante dias nublados - a luz infravermelha, com um comprimento de onda maior, chega mais facilmente aos nossos olhos através da neblina, que espalha e absorve a luz azul com comprimento de onda mais pequeno. Neste caso, as regiões mais densas do material de formação estelar, dentro da nuvem, são tão espessas com poeira que dispersam e bloqueiam não apenas a luz visível, mas também quase toda a radiação infravermelha de fundo.

A observação no infravermelho permite com que os cientistas investiguem, caso contrário, as nuvens cósmicas imperscrutáveis e avistem os estágios iniciais da formação estelar e dos enxames. Normalmente, o Spitzer detecta radiação infravermelha emitida por estrelas jovens ainda envoltas nos seus casulos empoeirados. Para o novo estudo, os astrónomos avaliaram a quantidade de radiação infravermelha de fundo obscurecida pela nuvem, usando estas sombras para inferir onde o material havia criado grupos dentro da nuvem. Estas bolhas de gás e poeira irão eventualmente acabar por colapsar gravitacionalmente para criar centenas de milhares de novas estrelas.

Pensa-se que a maioria das estrelas do Universo, e provavelmente também o nosso Sol, nasçam neste tipo de ambiente em grande número. Os enxames de estrelas de pequena massa são bastante comuns e bem-estudados. Mas os enxames que dão origem a estrelas maiores, como as do enxame aqui descrito, são escassos e distantes, o que os torna mais difíceis de examinar. Neste tipo raro de nuvem, o Spitzer forneceu-nos um quadro importante da formação de um enorme aglomerado estelar, capturado nos seus estágios embrionários," afirma Jonathan Tan, professor associado de astronomia da Universidade da Flórida, em Gainesville, EUA, e co-autor do estudo.

Os novos achados vão também ajudar a revelar como é que as estrelas de classe O se formam. As estrelas de classe O brilham com um tom azul-esbranquiçado, possuem pelo menos 16 vezes a massa do Sol e têm temperaturas à superfície que rondam os 30.000 graus Celsius. Estas estrelas gigantes têm uma enorme influência sobre os seus bairros estelares. Os seus ventos e intensa radiação sopram material que pode agrupar-se para criar outras estrelas e sistemas planetários. As estrelas de classe O são de curta duração e rapidamente explodem como supernovas, libertando enormes quantidades de energia e forjando os elementos pesados necessários para formar planetas e organismos vivos.

Os cientistas não têm a certeza como, em estrelas de classe O, é possível o material acumular-se em escalas dezenas a 100 vezes maiores que a massa do nosso Sol sem se dissipar ou quebrar-se em várias estrelas mais pequenas. Nós ainda não temos uma teoria estabelecida ou explicação de como estas estrelas massivas se formam," afirma Tan. "Portanto, as medidas detalhadas das nuvens onde estas estrelas gigantes nascem, como aqui registámos neste estudo, são importantes para orientar novas compreensões teóricas."
Fonte: Astronomia On line

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