22 de set de 2014

Antimatéria no espaço reacende interesse na matéria escura

Antimatéria no espaço reacende interesse na matéria escura

ELÉTRONS E ANTIELÉTRONS

A equipe do Espectrômetro Magnético Alfa (AMS-2 - Alpha Magnetic Spectrometer-2), um detector bilionário a bordo da Estação Espacial Internacional, apresentou novos dados confirmando o excesso de antielétrons, ou pósitrons, entre os raios cósmicos. Os dados confirmam os resultados iniciais, anunciados no início do ano passado, e ampliam a precisão das medições dos elétrons e dos pósitrons vindos do espaço - entre os chamados raios cósmicos.

Apesar de mostrar comportamentos muito diferentes dos pósitrons e elétrons, quando os dados são combinados eles revelam uma linha única suave e crescente, um resultado intrigante, para o qual ainda não há explicações.[Imagem: M. Aguilar et al. - 0.1103/PhysRevLett.113.121102]

O fluxo de pósitrons é significativamente diferente do fluxo de elétrons acima dos 30 GeV, o que sugere que pósitrons e elétrons têm uma origem diferente, conforme já vinha sendo sugerido por diversos outros experimentos. Os espectros de energia mostram comportamentos dos pósitrons e elétrons muito diferentes em diferentes energias. Contudo, quando são combinados, eles formam uma linha única suave e crescente, um resultado intrigante, para o qual ainda não há explicações.

PARTÍCULAS DE MATÉRIA ESCURA

Os modelos astrofísicos mais aceitos sobre as colisões de partículas interestelares preveem que a fração de pósitrons em relação aos elétrons deveria diminuir com o aumento da energia. Mas todos os experimentos feitos até agora documentaram uma elevação, desafiando as teorias vigentes. Uma possível explicação para esta diferença é que os pósitrons estariam sendo criados em aniquilações entre as hipotéticas partículas que formam a matéria escura - uma das teorias propõe que a matéria escura é formada por uma partícula chamada WIMP (Weakly Interacting Massive Particles, partículas maciças fracamente interativas), que se chocariam umas com as outras formando pares elétrons-pósitrons.

Contudo, a equipe afirma que serão necessários dados com maior energia para definir se essa diferença entre matéria e antimatéria é gerada pela matéria escura ou por outras fontes, como pulsares, por exemplo. Se forem descartadas outras fontes, os dados seriam compatíveis com partículas de matéria escura com massas da ordem de 1 TeV (tera-elétron Volt) - cerca de 1.000 vezes a massa do próton. Isto está sendo aclamado como um marco importante pelos astrofísicos, devido aos contínuos fracassos na busca pela matéria escura, o que tem feito alguns deles pensarem em simplificar as teorias em busca de comprovação, enquanto outros propõem explicações baseadas em sabores misturados e evaporação quântica. O AMS-2 registrou 41 bilhões de eventos, identificando 580.000 pósitrons e 9,2 milhões de elétrons, em faixas de energia que vão aos 500 GeV para os pósitrons e 700 GeV para os elétrons.
Fonte: Inovação Tecnológica

Contagem regressiva: Cometa C/2013 A1 se aproxima do planeta Marte

Aproximação hipotética do cometa Siding Spring
Concepção artística mostra o cometa c/2013 A1 Siding Spring próximo ao horizonte marciano no dia 19 de outubro de 2014.Créditos: Manos Kardasis, Apolo11.com.

Estamos a menos de 30 dias para um dos acontecimentos mais aguardados dos últimos meses. No próximo dia 19 de outubro o cometa C/2013 A1 Siding Spring vai praticamente raspar o Planeta Vermelho e poucos pesquisadores se arriscam a afirmar o que pode acontecer. Embora as chances de colisão sejam infinitamente pequenas, a diminuta distância entre os dois objetos chama muito a atenção. Os cálculos mostram que a distância mínima entre C/2013 A1 e a superfície de Marte será de apenas 134 mil km, com valor mais provável estimado em 136 mil km.

Para comparação, a lua marciana Deimos orbita o planeta a 24 mil quilômetros de altitude. Os cálculos estão atualmente amparados em 694 dias de observação, o que confere muita precisão ao resultado e praticamente descarta um risco de colisão. No entanto, esses valores se referem à distância do núcleo do cometa em relação à superfície do planeta, mas deixa de lado a enorme quantidade de fragmentos que compõe a cauda e a coma que envolvem o cometa.
Foto do cometa C/2013 A1 Siding Spring
Imagem feita pelo astrônomo Manos Kardasis mostra o cometa próximo à estrela HIP90028, em 18 de setembro de 2014. Créditos: Manos Kardasis, Apolo11.com.

Até o momento, estima-se que a parte principal da cauda passará a cerca de 30 mil quilômetros da superfície, o que significa que somente meteoroides com alta energia e velocidade acima da média, que foram ejetados anteriormente, poderão atingir o planeta e sua luas ou então as espaçonaves em orbita. Até 2013, acreditava-se que Siding Spring produzisse uma grande chuva de meteoros sobre Marte ou representasse alguma ameaça para as sondas em sua orbita.

Estudos feitos recentemente mostram, no entanto, que essas possibilidades não são tão grandes, sendo que o risco maior ocorrerá 100 minutos após o ponto da maior aproximação, previsto para as 15h28 BRT de 19 de outubro. Siding Spring passará por Marte com velocidade estimada em 56 km/s, ou aproximadamente 200 mil km/h. Ainda não se conhece com precisão o seu diâmetro, mas estima-se que não ultrapasse 800 metros. Caso se chocasse contra a superfície C/2013 A1 liberaria energia equivalente a 20 bilhões de megatons de TNT, abrindo uma cratera que poderia ultrapassar 10 km de diâmetro.
Fonte: Apolo11.com - http://www.apolo11.com

Saturno no equinócio

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Como pareceria Saturno se o seu plano de anéis estivesse diretamente apontados para o Sol? Antes de Agosto de 2009, ninguém sabia. A cada 15 anos, como visto da Terra, os anéis de Saturno ficam apontados diretamente para o nosso planeta, e parecem desaparecer. O desaparecimento dos anéis não é um mistério a muito tempo – os anéis de Saturno são conhecidos por serem muito finos e a Terra está tão perto do Sol que quando os anéis apontam em direção do Sol, eles também apontam quase que de lado para a Terra. Felizmente, nesse terreiro milênio, a humanidade avançou o suficiente para ter uma sonda que pode ver os anéis durante o equinócio de lado. Em Agosto de 2009, essa sonda na órbita de Saturo, a Cassini, foi capaz de registrar uma série de imagens sem precedentes durante o equinócio dos anéis de Saturno. Uma composição de 75 dessas imagens é mostrada acima. Os anéis aprecem incomumente escuros, e uma linha de sombra de um anel muito fina pode ser vista nos topos das nuvens de Saturno. Objetos fora do plano de anéis são iluminados de forma intensa e geram longas sombras. A inspeção dessas imagens está ajudando a humanidade a entender os tamanhos específicos das partículas dos anéis de Saturno e a dinâmica geral do movimento orbital. Nessa semana, mais especificamente hoje, dia 22 de Setembro de 2014, a Terra estará no equinócio.

Encontrado exoplaneta que faz estrela parecer mais velha

ilustração do sistema WASP-18
Um novo estudo usando dados do Observatório de Raios-X Chandra da NASA tem mostrado que um planeta está fazendo a estrela que orbita agir, ou parecer mais velha do que ela realmente é. A ilustração artística acima mostra na parte principal do gráfico, a estrela, WASP-18 e seu planeta, WASP-18b. O WASP-18b é Júpiter Quente, ou seja, um exoplaneta gigantesco que orbita sua estrela a uma distância bem próxima, e que está localizado a cerca de 330 anos-luz da Terra. specificamente, a massa do WASP-18b é estimada em cerca de 10 vezes a massa do planeta Júpiter, e a sua órbita ao redor da sua estrela mãe leva cerca de 23 horas, ou seja, menos de um dia. Em comparação, Júpiter leva cerca de 12 anos para dar uma volta ao redor do Sol. Os novos dados do Chandra do sistema WASP-18 mostram que esse imenso planeta está tão perto de sua estrela que ele está causando uma diminuição no campo magnético da estrela. À medida que as estrelas envelhecem, sua atividade na emissão de raios-X e sua atividade magnética diminui. Os astrônomos determinaram que a WASP-18 tem uma idade entre 500 milhões e 2 bilhões de anos, uma estrela considerada relativamente jovem. Com essa idade, os astrônomos esperavam que a WASP-18 emitisse muito mais raios-X do que ela realmente emite. Surpreendentemente, as longas observações do Chandra revelam que nenhuma quantidade raios-X está sendo emitido pela WASP-18, como pode ser visto na imagem em destaque inferior.

O mesmo campo de visão na caixa de destaque superior mostra que na luz óptica, a WASP-18 é uma brilhante fonte. Usando relações estabelecidas entre a atividade magnética e a emissão de raios-X das estrelas nas suas idades, os pesquisadores concluíram que a WASP-18 é cerca de 100 vezes menos ativa do que ela deveria ser na sua idade estimada. A baixa quantidade de atividade magnética da WASP-18 é mostrada na ilustração artística pela ausência de manchas solares e fortes flares na superfície da estrela. A fraca emissão de raios-X da estrela tem relativamente pouco efeito na atmosfera externa do planeta próximo, dando a ele uma aparência simétrica. Em contraste, emissões de raios-X bem mais fortes da estrela CoRoT-2a, estão erodindo a atmosfera do planeta próximo, produzindo uma feição semelhante a uma cauda.

Forças de maré da atração gravitacional do massivo planeta – similar àquela que a Lua tem nas marés da Terra, mas numa escala bem maior – podem ser responsáveis por corromper o campo magnético da estrela. A intensidade do campo magnético na estrela, depende da quantidade de convecção, o processo com o qual o gás quente se move ao redor do interior estelar. A gravidade do planeta pode gerar movimentos de gás dentro da estrela que enfraquecem a convecção. Pelo fato da WASP-18 ter uma zona de convecção mais estreita do que a maior parte das estrelas, ela é mais vulnerável ao impacto das forças de maré que a puxam.

O efeito das forças de maré do planeta pode também explicar uma incomum alta quantidade de lítio encontrada em estudos ópticos anteriores da WASP-18. O lítio é normalmente abundante em estrelas mais jovens, mas com o passar do tempo a convecção leva o lítio para as regiões mais quentes e internas da estrela, onde ele é destruído pelas reações nucleares. Se existir menos convecção, o lítio não circula no interior da estrela, permitindo que ele sobreviva. Os resultados dessa pesquisa foram publicados na edição de Julho de 2014 da revista Astronomy and Astrophysics. O primeiro autor é Ignazio Pillitteri do Instituto Nazionale di Astrofisica (INAF) – Osservatorio Astronomico di Palermo, na Itália.

Os co-autores, são Scott Wolk do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics em Cambridge, Massachusetts, Salvatore Sciortino também do INAF – Osservatorio Astronomico di Palermo na Itália e Victoria Antoci da Aarhus University da Dinamarca. O Marshall Space Flight Center da NASA, em Huntsville, no Alabama, gerencia o programa Chandra para o Science Mission Directorate da NASA em Washington, DC. O Smithsonian Astrophysical Observatory em Cambridge, Massachusetts, controla as operações de voo e científicas do Chandra.

Matéria escura pode ter sabores misturados e evaporação quântica

Matéria escura pode ter sabores misturados e evaporação quântica

No escuro

Os astrofísicos acreditam que cerca de 80% da matéria do nosso Universo é composta de uma misteriosa "matéria escura", que não pode ser percebida pelos sentidos humanos e nem detectada pelos instrumentos científicos. A ideia vem das observações da enorme velocidade com que as galáxias giram. Deve haver alguma coisa que gere uma gravidade que evite que elas se esfacelem, arremessando estrelas para todos os lados - essa "alguma coisa" recebeu a denominação de matéria escura.

Como nenhum experimento conseguiu detectar qualquer indício da matéria escura até agora, há uma verdadeira corrida para tentar explicá-la de uma forma que faça mais sentido. Mikhail Medvedev, professor de física e astronomia da Universidade do Kansas, nos Estados Unidos, está propondo agora um novo modelo para explicar a matéria escura, que ele batizou de "matéria escura multicomponente de sabores misturados. A proposta está sendo levada tão a sério que mereceu a capa da revista Physical Review Letters, o periódico de maior prestígio no mundo da física.

Mistura de sabores

A teoria de Medvedev se fundamenta no comportamento de partículas elementares, algumas já observadas, outras hipotéticas. De acordo com o Modelo Padrão da física, as partículas elementares - classificadas como quarks, léptons e bósons - são os tijolos com que são feitos os átomos. As propriedades - que os físicos chamam de "sabores" - dos quarks e dos léptons costumam intercambiar, já que eles podem combinar-se uns com os outros em um fenômeno chamado "mistura de sabores.  Na vida cotidiana, estamos acostumados com o fato de que cada partícula, ou um átomo, tem uma certa massa," explica Medvedev. "Uma partícula de sabor misturado é estranha - ela tem várias massas ao mesmo tempo - e isso leva a efeitos fascinantes e incomuns."

Ele compara essa multiplicidade de massas com a luz branca, que contém várias cores, que podem ser decompostas para gerar um arco-íris. "Se o branco for um sabor especial, então vermelho, verde e azul seriam diferentes massas - massa um, dois e três - que se misturam para formar o branco," diz ele. "Alterando as proporções de vermelho, verde e azul na mistura, pode-se fazer cores diferentes, ou outros sabores, além do branco." Medvedev afirma que se supõe que as candidatas a partículas de matéria escura também tenham sabores mistos - como neutralinos, áxions e neutrinos estéreis. "Estes são, de fato, os candidatos preferidos, dos quais as pessoas falam o tempo todo," disse ele.

Evaporação quântica

"Anteriormente nós descobrimos que as partículas com mistura de sabores podem 'evaporar quanticamente' de um poço gravitacional se elas forem 'sacudidas' - significando que elas colidam com outra partícula," disse o físico. "Isto é um resultado notável, como se uma nave espacial feita de matéria de sabor misturado e arrastada sobre um quebra-molas projetasse-se para o espaço sem foguete ou qualquer outro meio ou esforço. Medvedev incluiu o processo físico da evaporação quântica e as partículas com mistura de sabores em um "código numérico cosmológico" e utilizou supercomputadores para rodar simulações e ver o que acontecia. Para entender os resultados, contudo, é necessário ver o que os modelos e as simulações vinham dizendo até agora.

Matéria escura fria

Os indícios dão conta de que a matéria escura só interage muito fracamente com a matéria normal, o que pode explicar porque nenhuma das várias experiências de detecção direta em curso em todo o mundo teve sucesso até agora.  Então os físicos desenvolveram um modelo de matéria escura completamente sem colisões (partículas não interagentes) e fria (ou seja, com velocidades térmicas muito baixas), com uma constante cosmológica (a desconcertante densidade de energia encontrada no vazio do espaço exterior) - eles chamam tudo isso de "modelo lambda-CDM" (Cold Dark Matter, matéria escura fria).

O problema é que esse modelo nem sempre fica de acordo com os dados observacionais. Entram em campo então as simulações de Medvedev, que resolvem várias dessas inconsistências - ou, pelo menos, as mais graves. Nossos resultados demonstraram que o modelo de matéria escura de dois componentes com mistura de sabores resolve todos os problemas mais prementes do Lambda-CDM simultaneamente," concluiu Medvedev. A nova teoria poderá inspirar os experimentalistas a construir novas formas de detecção que finalmente lancem alguma luz sobre essa problemática ideia de uma matéria escura.
Fonte: Inovação Tecnológica
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