20 de abr de 2015

Mistério cósmico resolvido: maior estrutura conhecida no universo deixa sua marca na radiação CMB

Em 2004, os astrônomos examinaram um mapa da radiação residual do Big Bang (a radiação cósmica de fundo, ou CMB) e descobriram o ponto frio, uma área excepcionalmente fria maior que o esperado do céu. A física em torno da teoria do Big Bang prevê pontos mais quentes e mais frios, de vários tamanhos no universo infantil, mas esse ponto é muito grande e esse frio foi inesperado.


A cold cosmic mystery solved
A área de ponto frio reside na constelação Eridanus no hemisfério sul galáctico. As inserções mostram o ambiente desta parte anômala do céu como mapeados pela equipe de Szapudi usando PS1 e dados do WISE e como observado nos dados de temperatura de fundo cósmico de microondas feitos pelo satélite Planck. O diâmetro angular do vasto super vazio é alinhado com o Ponto Frio, o que excede 30 graus, é marcado pelos círculos brancos. Crédito: ESA Planck Collaboration. 
Agora, uma equipe de astrônomos liderada pelo Dr. Istvan Szapudi do Instituto de astronomia na Universidade do Havaí em Manoa pode ter encontrado uma explicação para a existência do ponto frio, que Szapudi diz que pode ser "a maior estrutura individual já identificada pela humanidade. Se o ponto frio originou-se o próprio Big Bang, pode ser um sinal raro exótico da física que a cosmologia padrão (basicamente, a teoria do Big Bang e a física relacionadas) não explica. Se isso, no entanto, é causada por uma estrutura de primeiro plano entre nós e a CMB, seria um sinal de que há uma estrutura extremamente rara em larga escala na distribuição em massa do universo.

Usando dados do telescópio de Pan-STARRS1 (PS1) do Havaí localizado em Haleakala, Maui e do satélite da  NASA satélite (WISE), a equipe do Szapudi descobriu um grande super vazio, uma vasta região 1,8 bilhões de anos-luz de diâmetro, no qual a densidade de galáxias é muito menor do que o habitual no universo conhecido. Esse vazio foi encontrado pela combinação de observações feitas pelo PS1 em comprimentos de onda ópticos com observações feitas pelo WISE em comprimentos de onda de infravermelhos para estimar a distância e posição de cada galáxia em que parte do céu.

Estudos anteriores, também feitos no Havaí, observaram uma área muito menor na direção do ponto frio, mas eles poderiam estabelecer apenas que nenhuma estrutura muito distante estaria nesta parte do céu. Paradoxalmente, identificar coisas do tipo proximidades de grandes estruturas é mais difícil do que encontrar em partes distantes. Os grande mapa do céu tridimensional  criado a partir de PS1 e do WISE pelo Dr. András Kovács (Universidade Eötvös Loránd, Budapeste, Hungria) foi, portanto, essencial para este estudo. O super vazio está apenas cerca de 3 bilhões anos-luz de nós, uma distância relativamente curta no esquema cósmico das coisas.

Imagine que há um enorme vazio com muito pouca matéria entre a CMB e você (o observador). Agora imagine o vazio como uma colina. Quando a luz entra no vazio, ela deverá subir este monte. Se o universo não estivesse em fase de expansão acelerada, então o vazio não iria evoluir significativamente, e luz iria descer a colina e recuperar a energia que perdeu quando ela sair do vazio. Mas com a expansão acelerada, a colina é mensuravelmente esticada na medida que a luz viaja sobre ela. Quando que a luz desce a colina, a colina torna-se mais plana do que quando a luz entrou, então, a luz não pode pegar toda a energia que perdeu ao entrar no vazio. A luz sai do vazio com menos energia, e, portanto, no comprimento de onda mais longo, que corresponde a uma temperatura mais fria.

Passar por um super vazio pode levar milhões de anos, até mesmo à velocidade da luz, para que este efeito mensurável, conhecido como o efeito Sachs-Wolfe Integrado (ISW), pudesse fornecer a primeira explicação dentre as anomalias mais significativas encontradas até esta data na CMB, primeiramente por um satélite da NASA chamado o Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) e, mais recentemente, pelo Planck, um satélite lançado pela Agência Espacial Europeia.

Enquanto a existência do super vazio e seus efeitos esperados sobre a CMB não explicam totalmente o ponto frio, é muito improvável que o super vazio e o ponto frio no mesmo local são uma coincidência. A equipe continuará seu trabalho usando dados melhorados do PS1 e da pesquisa da energia escura sendo realizada com um telescópio no Chile para estudar o ponto frio e o super vazio, bem como outro grande vazio localizado perto da constelação de Draco.

O estudo está sendo publicado on-line em 20 de abril no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society pela Oxford University Press. Além de Szapudi e Kovács, pesquisadores que contribuíram para este estudo incluem UH Manoa aluno de Benjamin Granett (agora no Instituto Nacional de astrofísica, Itália), Zsolt Frei (Eötvös Loránd) e Joseph Silk (Johns Hopkins).
Fonte: Mistérios do Universo

Buracos negros, buracos brancos e buracos de minhoca - qual a diferença?

Nos dias atuais, vêm se falando muito sobre buracos negros, buracos brancos de buracos de minhoca, principalmente depois da investida científica vista pelos diretores do filme Interestelar na qual representou-se mais fiel possível a ciência por trás destes objetos estelares. Apresentaremos a seguir a diferença entre cada uma destas fendas espaciais: 


O que é um buraco negro?

De acordo com a teoria da relatividade geral, um buraco negro é uma região do espaço da qual nada, até mesmo a luz, pode escapar. É o resultado da curvatura do espaço-tempo provocada por uma massa muito compacta. Em torno de um buraco negro é uma superfície indetectável que marca o ponto de não retorno, chamado de horizonte de eventos. É chamado de "negro" porque absorve toda a luz que o atinge, não refletindo nada, considerado apenas como um corpo negro perfeito na termodinâmica. De acordo com a teoria da mecânica quântica, os buracos negros possuem uma temperatura e emitem radiação Hawking através da dissipação lenta pelos anti-prótons.

Apesar de seu interior indetectável, um buraco negro pode ser observado através de sua interação com a matéria. Um buraco negro pode ser inferido, acompanhando o movimento de um grupo de estrelas que orbitam uma região no espaço. Alternativamente, quando o gás cai em um buraco negro estelar de uma estrela companheira ou nebulosa, as espirais de gases internos são aquecidas  temperaturas muito altas e emitem grandes quantidades de radiação que podem ser detectadas por telescópios terrestres e em órbita da Terra.

Astrônomos identificaram numerosos candidatos de buracos negros estelares, e também encontraram evidências de buracos negros supermassivos no centro de cada galáxia. Depois de observar o movimento de estrelas próximas por 16 anos, em 2008, os astrônomos encontraram evidências convincentes de que um buraco negro supermassivo de mais de 4 milhões de massas solares estaria localizado perto do Sagitário A * região no centro da Via Láctea .


Representação da distorção do buraco negro sob o espaço. A luz é tragada para dentro do Horizonte de Eventos, na qual nada escapa. [Imagem: Sheng et al./Nature Photonics]

Como são formados os Buracos Negros?


A maioria dos buracos negros são feitos quando uma estrela gigante, chamada de supergigante, pelo menos vinte vezes maior do que o nosso próprio Sol morre e deixa para trás uma massa que é pelo menos uma massa solar. Estrelas morrem quando elas consomem o hidrogênio ou outro combustível nuclear e começar a entrar em colapso.

A Morte de uma estrela supergigante é chamada de supernova. A maioria das estrelas estão geralmente em equilíbrio, o que significa que elas estão gerando energia suficiente para empurrar a massa para fora, contra a força da gravidade. Quando a estrela esgota seu combustível para produzir energia, a gravidade assume. A gravidade então puxa o centro da estrela para dentro muito rapidamente, e ele cai em uma pequena esfera. O colapso é tão rápido e violento que provoca uma onda de choque, e isso faz com que o resto da estrela exploda para fora. À medida que a gravidade empurra a estrela para dentro, a pressão no centro da estrela chega a um nível tão extremo que permite que as moléculas mais pesadas tais como ferro e carbono, interajam para libertarem a energia nuclear. A libertação de energia a partir da estrela durante um período muito curto de tempo (cerca de uma hora) é com uma taxa tão elevada que supera uma galáxia inteira.

Uma das melhores representações artísticas de um buraco negro encontram-se no recente filme "Interestelar", no qual podemos viajar juntos com os astronautas através de um buraco de minhoca, um buraco negro e um buraco branco.

A esfera no centro é tão densa (com uma grande quantidade de massa em um pequeno espaço, ou volume), que se você pudesse coletar uma apenas uma colher de chá de material e trazê-lo para a Terra,  você seria afundado até o núcleo do planeta. Se a estrela original é grande o suficiente, a esfera densa é chamada de singularidade, o núcleo de um buraco negro, mas se não fosse, ela se tornaria uma estrela de nêutrons ou uma estrela anã. Mesmo sem uma supernova, um buraco negro pode se formar a qualquer momento com uma grande quantidade de matéria em um espaço pequeno, sem energia suficiente para agir contra a gravidade e impedi-lo de entrar em colapso. Se supernovas são tão brilhantes, por que não as vemos com frequência? Na verdade, há geralmente centenas de anos entrem  a explosão de supernova e um avistamento a olho nu até porque a velocidade da luz não é instantânea.  A probabilidade (possibilidade) de olhar para uma estrela no céu e esta encontrar-se em estado super nova é igual à razão de uma hora ao longo de vários bilhões de anos.

Vale a pena mencionar que todos os materiais mais pesados ​​como o carbono, oxigênio, todos os metais, etc, que tornam a vida na terra, são ingredientes possível de todos os seres vivos, se formam exclusivamente sob a  pressão extrema no centro de um super nova. Então, todos nós somos cinzas remanescentes de uma estrela que explodiu há vários bilhões de anos.

Os buracos negros também foram encontrados no meio de todas as grandes galáxias no universo. Estes são chamados de buracos negros supermassivos, e são os maiores buracos negros de todos. Eles se formaram quando o Universo era muito jovem, e também ajudaram a formar todas as galáxias.

Alguns buracos negros também são responsáveis ​​por fazer coisas chamadas quasares. Um quasar ocorre quando um buraco negro consome todo o gás que o rodeiam. À medida que o gás se aproxima do próprio buraco negro, ele se aquece a partir de um processo chamado atrito, e brilha tão intensamente que essa luz pode ser vista do outro lado do Universo. Muitas vezes, é mais brilhante do que toda a galáxia na qualo quasar está. Quando os astrônomos encontraram quasares primeiro, eles pensaram que tinham encontrado os objetos perto de nós. Depois de usar uma técnica de medição chamado desvio para o vermelho, eles descobriram esses quasares foram realmente muito longe no universo.

O que é um buraco de minhoca?


Um buraco de minhoca ou Ponte de Einstein Rosen é uma hipotética passagem entre um buraco negro e um buraco branco, representando um atalho no espaço-tempo.


Em física, um buraco de minhoca é uma característica topológica hipotética do espaço-tempo que seria, fundamentalmente, um "atalho" através do espaço-tempo. Um buraco de minhoca é, em teoria, muito parecido com um túnel com duas extremidades cada em ponto separados no espaço-tempo. Em 1935, Albert Einstein e Nathan Rosen, foram os primeiros a sonharem com a ideia de um buraco de minhoca. Eles perceberam que a relatividade geral permite a existência de "pontes", originalmente chamada de pontes de Einstein-Rosen, mas agora conhecidos popularmente como buracos de minhoca. Estes tubos de espaço-tempo agem  como atalhos que ligam regiões distantes do espaço.

Veja a imagem abaixo que mostra como um buraco de minhoca conecta buracos negros com buracos brancos. Não há nenhuma evidência observacional para buracos de minhoca, mas em um nível teórico existem soluções válidas para as equações da teoria da relatividade geral que contêm buracos de minhoca.

O que são buracos brancos?


Representação de um buraco negro e um buraco
branco. A matéria que entra no buraco negro 
jamais poderá sair, enquanto no buraco branco, ocorre
o contrário, a matéria jamais poderá entrar. 
Foto: Felipe Sérvulo
Um buraco branco, na relatividade geral, é uma região hipotética do espaço-tempo que não pode ser introduzida a partir do exterior, mas a partir do qual a matéria e a luz podem escapar. Neste sentido, é o inverso de um buraco negro, que pode ser introduzido a partir do exterior, mas a partir do qual nada, incluindo a luz, pode escapar. (No entanto, é teoricamente possível para um viajante entre em um buraco negro em rotação, evite a singularidade, e viaje em um buraco branco rotativo que permite que o viajante fuja para outro universo. Buracos brancos aparecem na teoria eterna dos buracos negros. Além de uma região buraco negros no futuro, uma tal solução das equações de Einstein tem uma região de buraco branco no seu passado. No entanto, esta região não existe para buracos negros que se formariam através colapso gravitacional, nem existem quaisquer processos físicos conhecidos através do qual um orifício branco pode ser formado.

Como os buracos negros, buracos brancos têm propriedades como massa, carga e momento angular. Eles atraem imatéria como qualquer outra massa, mas a queda de objetos para um buraco branco nunca realmente chega ao horizonte de eventos do buraco branco (embora no caso da solução de Schwarzschild maximamente estendida, o horizonte de eventos buraco branco no passado torna-se um horizonte de eventos de um buraco negro no futuro, de modo que qualquer objeto caindo em direção a ele acabará por atingir o horizonte do buraco negro).

Existem teorias que sugerem que buracos brancos criam novos universos da matéria originárias do buraco negro de outro universo.
 Fontes: Misterios do Universo

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