19 de nov de 2014

Mitos e verdades sobre os Buracos Negros

De todos os objetos exóticos no universo, nenhum gera mais excitação, temor, medo, e engano do que os buracos negros. Peça para um amigo falar o que acha  sobre buracos negros e você ouvirá “buracos negros são como aspiradores de pó gigantescos no espaço”, ou “buracos negros sugam tudo que estiver ao seu redor”  A realidade,  no entanto,  é bastante diferente e muito menos ameaçadora do que muitos acreditam. A Galáxia de Circinus é um objeto ativo próximo que abriga um buraco negro poderoso em seu núcleo.  Gases girando em torno do centro da galáxia,(visto em cores frias (azuladas) quando eles se aproximam do observador e cores quentes(avermelhadas) quando se afastam), fazem parte do disco de acreação que circunda um buraco negro. Um objeto tão denso que a atração gravitacional aumentou a ponto de impedir a  própria luz de escapar,  foi proposto primeiro em 1783 pelo inglês John Michell e novamente em 1795 pelo francês Pierre Simon Laplace, como extrapolações lógicas das leis da gravitação universal de Newton e da teoria da luz  corpuscular. Os “corpos escuros”  de Michell/Laplace se tornou notas de rodapé na história da ciência quando Einstein mostrou que a lei de Newton da gravitação estava incorreta nos domínios onde a matéria se torna muito densa, e que a teoria da luz corpuscular  também estava errada.

A idéia de buracos negros surgiu em 1939 por J. Robert Oppenheimer e seus colaboradores, baseados nas equações da Teoria Geral de Relatividade de Einstein. Estas equações mostram que se a matéria ficar suficientemente concentrada, sua atração gravitacional pode subjugar todos os outros efeitos, enquanto cria regiões das quais matéria e luz não podem escapar. O termo buraco negro foi aplicado pela primeira vez  a estas regiões ‘armadilhas de luz’ pelo astrofísico de Princeton  John Wheeler em 1967.

O limite entre um buraco negro e o resto do universo é chamado o horizonte de eventos. Porém, esse limite é apenas uma concha hipotética, a uma distância do centro do buraco negro, determinada por sua massa. Qualquer coisa que cruze o horizonte de evento nunca poderá voltar ao universo externo. Se a matéria que formou o buraco negro não fosse giratória, a massa do buraco seria concentrada em seu centro. No entanto é mais aceito, que a matéria estaria girando inicialmente, e sua massa tomou a forma de um anel dentro de seu horizonte de evento.

MAS ELES REALMENTE EXISTEM?

Nós não podemos ver buracos negros diretamente porque luz não pode escapar deles, mas nós podemos ver os efeitos deles na matéria circunvizinha, como gases próximos e estrelas. Buracos negros têm efeitos sobre sua vizinhança que não podem, até o momento, serem atribuídos a nenhum outro objeto cósmico conhecido. Ajudado pelas imagens do telescópio orbital Hubble e outros telescópios poderosos, os astrônomos durante as últimas duas décadas têm localizado um número crescente de buracos negros. Alguns são núcleos colapsados de estrelas que começaram a vida com mais de oito massas solares e explodiram, enquanto o resto, muito mais volumoso, foi provavelmente criado logo após o Big Bang, a partir de vastas aglomerações de gases e matéria que circundavam galáxias em criação. Tal é a certeza das observações de buracos negros que em janeiro 1997  na Sociedade Astronômica americana que se encontra em Toronto, Canadá, vários astrônomos predisseram a existência desses, então chamados ‘buracos negros’, nos centros da maioria dos bilhões de galáxias existentes.

Os buracos negros recentemente descobertos nos centros das galáxias contêm entre alguns milhões e alguns bilhões de vezes a massa do sol, o que lhes tornam sem dúvida, os objetos  mais massivos do universo conhecido. Em contraste, os buracos negros de núcleos estelares variam em massa entre aproximadamente 3 e 50 massas solares. Astrofísico britânico Steven Hawking propôs um terceiro tipo, ainda não detectado, chamado de primordial ou “míni” buracos negros, que foram formados no começo dos tempos quando o Big Bang, que criou o universo, super-comprimiu quantias minúsculas de matéria. Minúsculo é relativo, claro… essas massas comprimidas em buracos negros primordiais podem ter variado de fração de grama à massa de um grande planeta.

O entendimento científico dos buracos negros explodiu nos anos sessenta, quando os astrofísicos começaram estudar intensivamente. Porém, escritores de ficção científica,  televisão, cinema e pessoas despreparadas têm divulgado noções errôneas sobre buracos negros. Muitas pessoas pensam que qualquer buraco negro crescerá tanto que em algum dia devorará a Terra. Filmes mostram os  buracos negros como redemoinhos de água gigantescos ou funis devoradores de matéria e isso tudo colabora para criar mais confusão. Outro conceito equivocado comum é acreditar que buracos negros são regiões de espaço vazio ou “buracos no espaço” e que eles durarão para sempre. O problema de entender buracos negros começa com o nome. Buracos negros não são necessariamente pretos nem são realmente buracos. “Preto” normalmente indica a ausência total de cor e é aplicado a buracos negros para significar a ausência total de luz emitida ou outra radiação.

Buracos negros grandes são quase pretos. Mas buracos negros menores podem radiar energia. Em 1974, Steven Hawking propôs um mecanismo pelo qual buracos negros transformam a massa em radiação e em partículas que escapam das imediações do buraco. Ele afirmou assim que aqueles buracos negros pequenos evaporam, enquanto aumentam mais seu brilho no processo. Os trabalhos de evaporação de buraco negro ocorrem da seguinte maneira. Em todo o universo a todo tempo são criados pares de partículas espontaneamente. Elas aniquilam uma a outra em tempos curtos (tipicamente em 10 a 23 segundos), a presença delas não viola qualquer lei da física. Dentro de nossos corpos, por exemplo, o espaço é uma espuma fervendo destas partículas “virtuais”.

Nós sabemos que estas partículas existem porque eles foram observados em aceleradores de partícula de alta energia. Uma partícula real em movimento rápido que vier de encontro com o par de partículas virtuais pode separá-las tornando-as reais. Partículas virtuais criadas próximas do horizonte de evento de um buraco negro também podem ficar reais. Se uma partícula em tal par é ligeiramente mais próxima do horizonte de evento que sua companheira, a força gravitacional enorme do buraco irá separá-las tornando-as reais. A mais próxima será atraída e a mais distante ficará real com velocidade suficiente para  escapar completamente do buraco negro.

Pode parecer que um buraco negro deveria crescer devido ao processo de Hawking, desde que ele sempre absorve pelo menos uma das partículas que cria. Você pode ver que isto não acontece, pois enquanto soma-se massa, ganha e perde. A energia gravitacional que tornou as  partículas reais vêm da massa de dentro do buraco negro. A quantia de massa convertida na energia gravitacional que rasga as partículas virtuais separando-as é determinada pela equação de massa-energia de Einstein E = (2m)c², onde 2m é a massa total das duas partículas recentemente formadas. Esta energia gravitacional passa pelo horizonte de evento, e cria as duas partículas, enquanto diminui a massa do buraco negro em 2m. O resultado líquido é que o buraco perde massa igual para a massa da partícula que escapa completamente dele.

Por isso buracos negros muito pequenos parecem estar radiando matéria e radiação eletromagnética e tudo mais que é criado próximo do horizonte de evento. Assim nem todos os buracos negros são negros. Como o horizonte de evento do buraco negro encolhe com a perda de massa, se põe mais próximo de seu centro. De forma interessante, as equações revelam aumentos da taxa de evaporação com o encolhimento do horizonte, embora a massa do buraco esteja diminuindo. Cada buraco negro deveria desaparecer em uma tremenda explosão final, irradiando quantidades enormes da radiação de  Hawking. Astrônomos ainda estão procurando por estas explosões. Assim, buracos negros não duram para sempre.

BURACOS NEGROS SÃO BURACOS?

Os buracos negros realmente não são buracos. Também, aqui as palavras entram na discussão. Meu dicionário tem 20 definições de um buraco; duas são pertinentes. Primeiro, um buraco é “um lugar oco em uma massa sólida; uma cavidade.” Este é o que muitas pessoas associam com buracos negros: uma cavidade ou local nulo no espaço. Mas os buracos negros são cheio de matéria altamente condensado. Eles não são cavidades ocas.

A segunda definição pertinente é “uma abertura por algo; uma abertura.” Enquanto as equações de Einstein forem ambíguas sobre isto, haverá algum consenso em que buracos negros não conectam regiões diferentes do universo como o “buraco de minhoca”, como nós vemos descrito em filmes de ficção científica. Além dos problemas com a palavra “buraco”, buracos negros não estão completamente fora do universo. Eles comunicam-se com todo o resto de três modos. Primeiro, a massa no buraco negro cria muita atração gravitacional em objetos distantes como fazia antes de se tornar um buraco negro. Segundo, o impulso angular do buraco negro é o mesmo de antes da sua matéria se tornar um buraco negro e, realmente, sua rotação afeta o espaço externo seu horizonte de evento de modos estranhos.

Terceiro, a carga  elétrica de toda a matéria no buraco negro (a diferença entre a carga positiva e carga negativa) é percebida fora de seu horizonte de evento da mesma maneira, antes ou depois de entrarem no buraco negro. Assim buracos negros não são buracos. Quanto às convicções populares, sem dúvida, a mais comum é que buracos negros são aspiradores de pó cósmicos. No entanto não são por duas razões: buracos negros são na verdade menos efetivos atraindo objetos do que eram antes que se tornassem um buraco negro. Primeiro, buracos negros de núcleos estelares são tão pequenos que eles podem consumir apenas um volume minúsculo de matéria. O horizonte de evento de um  buraco negro de dez massas solares, está a apenas 16 Km do seu centro, enquanto uma  estrela de dez massas solares atrai matéria em um raio de  32 milhões de Km.

Por conseguinte, buracos negros podem gravitacionalmente até atrair grandes volumes de gás (de uma estrela companheira, por exemplo), mas o buraco negro é tão pequeno que o gás fica rodopiando ao redor, às vezes durante anos, como água ao redor de um dreno, esperando ser puxado. Segundo, o único modo pelo qual os buracos negros podem absorver matéria é pela atração gravitacional. Uma estrela da mesma massa também pode usar outros efeitos físicos para absorver matéria. Considere um cometa que voa para uma estrela de dez massas solares em uma trajetória que o levaria próximo de 1500 Km do núcleo da estrela,  se ele sobreviver até aqui. O tremendo calor produzido pela estrela evaporaria os gases no cometa antes do impacto, enquanto a rocha e metal vaporizariam quando entrassem nas camadas exteriores da estrela, deixando grande quantidade de matéria.

Agora suponha um cometa que voa para um buraco negro de dez massas solares. A atração gravitacional do buraco no cometa seria igual ao da estrela de massa equivalente. No entanto a quantia de radiação de Hawking de um buraco negro estelar é mínima comparada à produção de uma estrela, o buraco negro não vaporizaria o cometa. Além disso, o buraco é tão pequeno que a aproximação mais íntima do cometa seria 1200 Km do horizonte de eventos. Nesta distância, a gravidade do buraco agiria como gravidade de um objeto normal, simplesmente  fazendo o cometa mudar direção. O cometa mudaria de rota e partiria em uma nova direção, sem ser engolido ou destruído como seria pela estrela. Até mesmo buracos negros galácticos de bilhões de massas solares agem pouco gravitacionalmente no resto do universo; os astrônomos vêem gás e marcam suas órbitas ao redor de tais corpos, sem que sejam sugados para dentro.

Assim buracos negros não têm nenhuma habilidade mágica para sugar matéria externa e, com certeza  não vai crescer e eventualmente até engolir Terra.  Então por tudo isso, vemos que uma estrela é bem mais feroz em seus efeitos que um buraco negro. Buracos negros mostram alguns efeitos estranhos em espaços próximos. É chamado de  raio de Schwarzschild, a distância do centro do buraco negro para seu horizonte de evento. Todos os efeitos estranhos de buracos negros acontecem dentro de aproximadamente dez raios de Schwarschild do centro do buraco. Além dessa distância bastante limitada, o único efeito do buraco negro em outros objetos é através da atração gravitacional normal.

As  piores distorções sobre o conceito de buraco negro são as criadas por fanáticos religiosos e místicos, comparando-os ao inferno, para intimidar as crianças e jovens  ameaçando-os de terem suas almas enviadas para um buraco negro. Na verdade isso acaba fazendo a criança associar ciência com mal. Foi dito para alguns estudantes que buracos negros são lugares onde as almas das crianças que estão por nascer residem. Os astrofísicos acumularam um cabedal impressionante de conhecimento sobre a natureza dos buracos negros, mas, ainda assim não podem compreender tudo sobre eles. A maioria de nossos conhecimentos atuais sobre a natureza da matéria ainda são insuficientes para explicá-los. O estudo dos buracos negros poderá contribuir significativamente para o entendimento do universo, da matéria e da origem das galáxias e por isso existe um grande interesse por esse assunto.
Fonte: Inape.org.br

Astrônomos dissecam supernova 1987A

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Numa pesquisa publicada no Astrophysical Journal (paper no final desse post), uma equipe de astrônomos liderado por australianos, usou rádio telescópios na Austrália e no Chile para ver por dentro a parte remanescente de uma supernova. A supernova, conhecida como SN1987A, foi observada pela primeira vez no Hemisfério Sul da Terra em 1987, quando uma estrela gigantesca explodiu na borda de uma galáxia anã próxima chamada de Grande Nuvem de Magalhães. Em duas décadas e meia desde então a parte remanescente da Supernova 1987A, continua ser um foco para os pesquisadores em todo o mundo, fornecendo uma grande quantidade de informações sobre um dos eventos mais extremos do universo.

A candidata a PhD Giovanna Zanardo da Universidade do Oeste da Austrália do Centro Internacional para Pesquisa de Rádio Astronomia liderou a equipe que usou o Atacama Large Millimetre/submillimeter Array (ALMA) no Deserto do Atacama do Chile e o Australia Telescope Compact Array (ATCA) em New South Wales para observar a remanescente em comprimentos de ondas desde as ondas de rádio até o infravermelho distante. “Combinando as observações de dois telescópios nós fomos capazes de distinguir a radiação sendo emitida pela onda de choque de expansão da supernova da radiação causada pela poeira formada nas regiões internas da parte remanescente da supernova”, disse Giovanna Zanardo do Centro Internacional para Pesquisa de Rádio Astronomia (ICRAR) em Perth, no Oeste da Austrália.

“Isso é importante pois isso significa que nós somos capazes para separar os diferentes tipos de emissão que nós estamos vendo e procurar por sinais de um novo objeto que pode ter sido formado quando o núcleo da estrela colapsou. É como fazer uma investigação forense da morte de uma estrela”.  Nossas observações com o ATCA e com o ALMA têm mostrado sinais de algo que nunca tinha sido visto antes, localizado no centro da parte remanescente. Esse objeto poderia ser uma nebulosa de vento de pulsar, guiada pela rotação de uma estrela de nêutrons, ou um pulsar, que os astrônomos têm procurado desde 1987. É impressionante que somente agora, com telescópios grandes como o ALMA e o atualizado ATCA, nós podemos espiar através dos detritos ejetados quando a estrela explodiu e ver o que está escondido por trás dela”.

Mais uma pesquisa publicada recentemente no Astrophysical Journal também tenta jogar uma luz sobre outro grande mistério de longa data que cerca a remanescente de supernova. Desde 1992, a emissão de rádio de um lado da remanescente parece ser mais brilhante do que a do outro.  Num esforço para tentar resolver esse quebracabeça, o Dr. Toby Potter, outro pesquisado da UWA do ICRAR desenvolveu uma simulação tridimensional detalhada da onda de choque de expansão da supernova.

“Introduzindo assimetria na explosão e ajustando as propriedades do gás do ambiente ao redor, nós fomos capazes de reproduzir uma grande número de feições observadas de uma supernova real como a persistente unilateralidade nas imagens de rádio”, disse o Dr. Toby Potter. O modelo de evolução mostra que o lado esquerdo da onda de choque de expansão se expande mais rapidamente do que o outro lado, e gera mais emissão de rádio do que sua companheira mais fraca. Esse efeito torna-se ainda mais aparente à medida que a onda de choque colide com o anel equatorial, como pode ser observado nas imagens feitas pelo Telescópio Espacial Hubble da supernova.

“Nossa simulação prevê que com o decorrer do tempo a onda de choque mais veloz irá se mover para além do anel primeiro. Quando isso acontece, a assimetria do rádio é esperada que se reduza e possa até mesmo trocar de lado. O fato do modelo se ajustar tão bem às observações significa que nós agora temos um bom manejo sobre a física da remanescente em expansão e estamos começando a entender a composição do ambiente ao redor da supernova – o que é um grande pedaço do quebra-cabeça resolvido em termos de como a remanescente de supernova SN1987A se formou”.

Metal pessado


Metal pesado

Você já imaginou como deve se parecer o Very Large Telescope do ESO por dentro? Bem, não imagine mais, essa imagem acima mostra a estrutura interna de um dos Unit Telescopes do VLT, mais especificamente do UT3, também conhecido como Melipal. A imagem acima, mostra a estrutura principal de ferro, iluminada pela luz da Lua, do equipamento óptico do Unit Telescope. O espelho principal, medindo 8.2 metros de diâmetro e pesando mais de 3 toneladas, necessita de uma estrutura robusta e de uma base flexível que permita com que ele possa girar, enquanto mantém a alta resolução óptica. Essa estrutura de ferro móvel pesa sozinha mais de 430 toneladas, cerca do mesmo peso de um avião de carga cheio. A estrutura, a óptica e os componentes eletrônicos são abrigados dentro de uma cápsula de ferro que fornece ao conjunto uma proteção contra o clima hostil do Deserto de Atacama. Melipal significa na língua Mapuche a constelação do Cruzeiro do Sul. Todos os quatro Unit Telescopes do VLT possuem nomes na língua Mapuche, e que são relacionados com objetos astronômicos: Antu, Kueyen, Melipal e Yepun, ou Sol, Lua, Cruzeiro do Sul e Vênus, respectivamente. Os Mapuches são índios que vivem na região central sul do Chile e que possuem uma longa história com a astronomia. A foto acima foi feita pelo Embaixador Fotográfico do ESO Gianluca Lombardi, que, quando não está fazendo fotos das paisagens chilenas, gasta seus dias como astrônomo do ESO trabalhando nos Observatórios de La Silla e Paranal.

Imagem espetacular da câmera OSIRIS mostra módulo Philae passando e batendo na superfície do Cometa 67P

OSIRIS_spots_Philae_drifting_across_the_comet

Essas imagens incríveis mostram a jornada sensacional do módulo Philae da sonda Rosetta à medida que se aproximou e então rebateu no seu primeiro toque na superfície do cometa 67P/Churyumov-Gerasimenko, no dia 12 de Novembro de 2014. O mosaico foi gerado a partir de uma série de imagens registradas pela câmera OSIRIS durante um período de 30 minutos que compreende o primeiro toque na superfície. O tempo de cada imagem é marcado em cada imagem detalhada correspondente e está em GMT. Uma comparação da área de toque pouco tempo antes e depois do primeiro contato  com a superfície também é mostrada. As imagens foram feitas com a câmera de ângulo restrito OSIRIS da sonda Rosetta quando ela estava a cerca de 17.5 km acima do centro do cometa, ou cerca de 15.5 km acima de sua superfície. As imagens têm uma resolução de 28 cm/pixel e cada imagem detalhada tem cerca de 17 x 17 metros.

Da esquerda para a direita, as imagens mostram o Philae descendo em direção ao cometa e passando pela sua superfície antes do primeiro toque. A imagem feita depois do toque, às 15:43 GMT, confirma que o módulo estava se movendo para leste, como sugeriram os dados retornados pelo experimento CONSERT, e a uma velocidade de 0.5 m/s. A localização final do Philae ainda é desconhecida, mas, depois de tocar e rebater novamente às 17:25 GMT, ele teria parado às 17:32 GMT. A equipe de imageamento está confiante que combinando os dados do CONSERT com as imagens da OSIRIS e da NAVCAM, que a Rosetta fez da órbita e imagens detalhadas da superfície do cometa feitas pelas câmeras ROLIS e CIVA do Philae, em breve eles poderão revelar onde o módulo está parado e atualmente hibernando.

Todas as imagens desse post são uma cortesia do ESA/Rosetta/MPS para a Equipe OSIRIS MPS/UPD/LAM/IAA/SSO/INTA/UPM/DASP/IDA.
Fonte: Cienctec

Sonda Philae detecta moléculas orgânicas em cometa, base da vida na Terra

Pousada em um cometa, a sonda europeia Philae "cheirou" moléculas orgânicas contendo o elemento carbono, a base da vida na Terra, antes de sua bateria primária ficar sem energia e desligar, afirmaram cientistas alemães. Eles disseram ainda não estar claro se as moléculas incluem os compostos complexos que formam as proteínas. Um dos principais objetivos da missão é descobrir se compostos à base de carbono --e através deles, em última instância, a vida-- foram trazidos à Terra por cometas. A sonda Philae pousou no cometa 67P/Churyumov–Gerasimenko após uma jornada de 10 anos no espaço a bordo do nave Rosetta em uma missão que pretende desvendar detalhes sobre como os planetas, e talvez até a vida, evoluíram.

A sonda encerrou sua missão de 57 horas na superfície do cometa no sábado, depois de enviar os dados de uma série de experimentos para a Terra por rádio até sua bateria acabar. Os cometas datam da formação de nossa sistema solar e preservaram moléculas orgânicas antigas, como uma cápsula do tempo. O instrumento de análise de gás da Philae, conhecido como Cosac, conseguiu "cheirar" a atmosfera e detectar as primeiras moléculas orgânicas depois do pouso, informou o Centro Aeroespacial Alemão (DLR, na sigla em alemão). A sonda também perfurou a superfície do cometa em busca de moléculas orgânicas, embora ainda não esteja claro se a Philae conseguiu uma amostra para ser analisada pelo Cosac.

Também a bordo da sonda está a ferramenta Mupus, que analisa a densidade e as propriedades térmicas e mecânicas da superfície do cometa que não é tão macia quanto se pensava. Um sensor térmico deveria penetrar a 40 centímetros da superfície, mas isso não aconteceu, apesar de o martelo utilizado ter sido calibrado em seu nível máximo. O DLR especula que, depois de atravessar uma camada de pó de 10 a 20 centímetros de espessura, o sensor atingiu uma camada de material que se estima ser tão dura quanto gelo. É uma surpresa. Não esperávamos um gelo tão duro no solo”, disse Tilman Spohn, que lidera a equipe responsável pelo Mucus no DLR, em um comunicado nesta terça-feira. Spohn afirmou que o Mupus poderia ser usado novamente se houver luz solar suficiente para recarregar as baterias da Philae, o que os cientistas esperam acontecer à medida que o cometa se aproximar do sol.
Fonte: R7.COM
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