23 de fev de 2016

Qual a diferença entre a singularidade do Big Bang e de um buraco negro?

singularidade

O universo é cheio de coincidências – como o tamanho da lua e do sol no céu, mesmo que eles sejam muito diferentes e distantes. Ou a forma da nebulosa Pac Man. Ou a natureza do próprio universo. Por exemplo, vamos considerar os buracos negros, regiões do espaço onde a matéria e energia são esmagadas tão densamente que a velocidade de escape gravitacional excede a velocidade da luz.  Nós não sabemos quão grandes os buracos negros são, mas é possível que eles tenham “engolido” uma região infinitamente densa, o que é conhecido como singularidade. Você já deve ter ouvido essa palavra antes, muito citada quando discutimos a formação do universo. 13,8 bilhões de anos atrás, tudo que existia foi esmagado em uma região de densidade infinita. Numa fracção de segundo, tudo se expandiu e o universo surgiu. Os astrônomos chamam essa região de densidade infinita de singularidade do Big Bang.

Duas singularidades diferentes
Será que a singularidade do Big Bang foi apenas a singularidade de um buraco negro muito grande? Um buraco negro com toda a massa do universo dentro dele? De acordo com o Dr. Paul Matt Sutter, astrofísico da Universidade Estadual de Ohio e do Observatório Astronômico de Trieste, não. “A singularidade é um lugar de densidade infinita, e isso não é realmente uma coisa. Significa apenas que a matemática que estamos usando para descrever as coisas é quebrada, uma vez que temos infinitos em nossas respostas quando tentamos calcular o que está acontecendo. Até onde sabemos, essa deturpação matemática só acontece em dois locais.

Um é no centro de um buraco negro, onde o material é tão comprimido que não podemos seguir a matemática mais, e o outro é no início do universo, quando o universo inteiro está esmagado em um pequeno volume de tão alta densidade que não podemos seguir a matemática mais. Então essa é a única coisa que eles têm em comum – que há uma singularidade, o que significa que não podemos fazer matemática mais”, Sutter explica a Fraser Cain, do Universe Today, conforme relata o site Phys.org. Mas a singularidade dessas duas coisas é diferente. O buraco negro é um ponto no espaço-tempo, um pedaço do universo que está embutido em um universo maior, enquanto que a singularidade do Big Bang é todo o universo.

Por que o início do universo não “caiu” dentro de um buraco negro?
A densidade no início do universo era extremamente elevada. Então por que o universo não se comportou como um buraco negro? Por que, ao invés disso, se expandiu? Comparar o início do universo a um buraco negro é uma coisa difícil. Em ambos os casos, estamos usando a relatividade geral, que governa as leis desses sistemas, para descrevê-los. Mas estamos usando o mesmo conjunto de equações em diferentes cenários, para descrever coisas diferentes. Um buraco negro é uma solução particular de equações da relatividade geral de Einstein, e a solução decorre de fazer a pergunta ‘Se eu pegar um monte de coisas e compactá-las em incrivelmente altas densidades, o que acontece?’. A resposta é que você começa uma singularidade cercada por um horizonte de eventos”, explica Sutter. No início do universo, temos uma solução diferente.

O buraco negro é estático – é fixo, é imutável com o tempo. Isso é uma suposição na matemática. No início do universo, as coisas estão mudando. É um conjunto diferente de questões que estamos tentando responder quando aplicamos a relatividade geral. “Se eu encher todo o universo uniformemente com um monte de coisas, o que todo o universo faz?”. Há apenas duas respostas. Ou as coisas no universo fazem com que o material entre em colapso e se contraia, ou as coisas no universo fazem com que o universo se expanda. E isso depende do que o universo é feito – e ele é feito do tipo de coisa que faz com que se expanda. É esse componente de evolução temporal que é importante, que define a diferença entre o que está acontecendo no início do universo e o que está acontecendo em um buraco negro.

Buracos negros poderiam ter se formado no início do universo?
Com densidades incrivelmente altas, será que um pedaço do universo comprimido não formou um buraco negro? Sutter crê que talvez nos primeiros microssegundos. E por que esse buraco negro não consumiu o resto do universo?  O que separa um buraco negro do resto das coisas é que ele é muito mais denso do que seus arredores. A fim de criar um, é necessário ter um pouco de material extra, como uma nuvem de gás ou uma estrela, com uma densidade pouco maior do que o normal. Em seguida, a gravidade pode trabalhar e começar a puxar mais e mais coisas, até chegar ao colapso gravitacional que leva a um buraco negro. No início do universo, tudo era uniforme. Não havia diferenças de gravidade. A densidade era alta, mas não se sentia qualquer força gravitacional em qualquer lugar porque tudo tinha a mesma densidade. Buracos negros só apareceram no universo muito mais tarde.

O universo está se expandindo, mas pode um dia entrar em colapso?
Vários astrofísicos e cosmólogos se preocupam com um cenário trágico para o fim do universo: o Big Cruch, o oposto do Big Bang. Se isso acontecesse, a expansão vista hoje iria desacelerar, parar e, em seguida, se reverter. No momento, não dá para saber bem o que será do universo. Por enquanto, a energia escura está aqui, e ela faz com que a expansão do universo acelere e não o contrário. Mas também podemos ver a hipótese do colapso com outros olhos. Se tomássemos a massa e energia do universo inteiro e as transformássemos em um buraco negro, isso teria quase a mesma densidade exata que o próprio universo, e um horizonte de eventos maior do que o universo observável. Ou seja, se estivéssemos vivendo dentro de um buraco negro, provavelmente não saberíamos.
Fonte: Hypedcience.com
[Phys]

Estrelas maciças em NGC 6357

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Crédito de imagem e direitos autorais: Gráfico 32 da equipe, processamento - Johannes Schedler

Na enorme lista de coisas bacanas que Agência Espacial Norte-Americana, a Nasa, fez pela humanidade, uma das mais acessíveis é o site Astronomy Picture of the Day. Aqui no HypeScience, nós somos grandes fãs, mas se alguém ainda não conhece o conceito, o portal consiste em postagens diárias de imagens relacionadas a astronomia. Elas podem ser de eventos observados no espaço, da Terra ou mesmo ilustrações de grandes descobertas científicas – como foi o caso das ondas gravitacionais observadas pelo LIGO. No início do mês, a agência divulgou mais uma destas fotografias que deixam todo mundo de queixo caído e morrendo de vontade de estudar astronomia. Registrada pela equipe do projeto espacial Chart32, a imagem mostra estrelas massivas dentro da NGC 6357, um complexo de nebulosa de emissão expansiva a cerca de 6.500 anos-luz de distância, na direção da cauda da constelação de Escorpião.

Na verdade, posicionado perto do centro neste close-up da NGC 6357 está o conjunto de estrelas Pismis 24, que inclui algumas das estrelas mais massivas conhecidas na galáxia, com cerca de 100 vezes a massa do sol. A região central e brilhante da nebulosa também contém pilares de poeira de gás molecular, provavelmente escondendo proto-estrelas maciças dos olhos curiosos de instrumentos ópticos. Formas intrincadas são esculpidas na nebulosa à medida que ventos interestelares e radiação energética de estrelas massivas jovens e recém-formadas limpam o gás e a poeira natais e alimentam o brilho nebular. Deixando a nebulosa com uma aparência ainda mais cavernosa, uma técnica de melhoramento foi incluída nesta imagem de cores compostas em um esquema de paleta do Hubble. Emissões de enxofre, hidrogênio e átomos de oxigênio aparecem em tons vermelho esverdeados e azuis. A visão telescópica se estende por cerca de 50 anos-luz de distância na NGC 6357.
Fonte: Nasa


Existe na Via Láctea algum planeta semelhante à Terra?



Telescopio James Webb
Engenheiro da Ball Aerospace inspeciona os seis espelhos primários do telescópio James Webb, nas dependências do Instituto Marshall, da NASA.

A pergunta é realmente difícil de ser respondida e apesar dos astrônomos já terem descobertos centenas de planetas extrassolares a dúvida principal é se existem outros planetas habitáveis, com atmosfera semelhante à nossa. Para tentar responder a essa e outras perguntas, cientistas das maiores universidades e centros de pesquisa de todo mundo estão de dedos cruzados à espera do lançamento do telescópio espacial James Webb, previsto para ir ao espaço em 2018. Devido ao seu grande espelho e localização privilegiada no espaço, o James Webb Space Telescope, JWST, oferecerá aos astrônomos uma real oportunidade de encontrar as respostas para questões que há séculos desafiam os cientistas.

Atualmente, diversas pesquisas estão sendo desenvolvidas com o objetivo de determinar a habilidade do JWST em determinar a composição da atmosfera de hipotéticos planetas similares à Terra durante um trânsito planetário, quando parte da luz da estrela principal é filtrada ao passar pela atmosfera do planeta.Segundo Wesley Traub, do Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa e Lisa Kaltenegger, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, o JTWC poderá detectar certos gases biomarcadores, como ozônio e metano, apenas para planetas similares à Terra não muito distantes.

"Precisaremos ter muita sorte para decifrar a atmosfera dos planetas semelhantes à Terra durante o período de trânsito antes que possamos afirmar que ele é realmente similar à Terra, disse Kaltenegger. "Vamos precisar coletar dados de muitos trânsitos, talvez centenas, mesmo para estrelas tão próximas como 20 anos-luz. Sabemos que é difícil, mas caracterizar a atmosfera de planetas tão longínquos será um desafio bastante estimulante.", completou a pesquisadora.

TRÂNSITO
Durante o trânsito o planeta extrassolar cruza a frente do disco estelar. Enquanto transita, os gases de sua atmosfera absorvem uma minúscula parte da luz da estrela, produzindo assinaturas específicas relacionadas a cada gás componente. Decompondo a luz captada em suas cores primárias, os cientistas podem identificar essas assinaturas. Essa técnica é chamada de espectroscopia e de acordo com os estudos de Kaltenegger e Traub, publicados na última semana pelo "The Astrophysical Journal", essas marcas poderão ser detectadas pelo JWST.
Diagrama esquemático mostra a técnica do trânsito planetário, largamente empregada na descoberta de planetas extrassolares.

A técnica do trânsito é de fato um desafio. Se a Terra fosse do tamanho de uma bola de basquete sua atmosfera seria tão fina como uma folha de papel, tornando o sinal resultante da absorção da luz na atmosfera incrivelmente fraco. Para dificultar ainda mais, o método só funciona quando o planeta passa à frente da estrela, tornando o estudo possível somente durante poucas horas.

ALFA-CENTAURO
Inicialmente, Kaltenegger e Traub consideram apenas a detecção de planetas semelhantes à Terra que orbitem estrelas iguais ao nosso Sol. Para obter um sinal detectável proveniente de um único trânsito, a estrela e seu planeta deverão estar muito próximos da Terra e a única estrela semelhante próxima o suficiente é Alfa Centauro-A. No entanto, nenhum objeto extrassolar do tamanho da Terra foi detectado em sua órbita, mas só recentemente a tecnologia tornou capaz a detecção de objetos desse tamanho.

O estudo também considera os planetas orbitando estrelas anãs vermelhas. Essas estrelas, chamada de Tipo M, são extremamente abundantes na Via láctea, até mais comum que as amarelas do Tipo-G, iguais ao Sol. Elas também são menores e mais frias, o que segundo os pesquisadores pode tornar mais fácil as observações. Um planeta semelhante à Terra que orbitasse uma estrela igual ao Sol produziria um trânsito de dez horas a cada ano. Para acumular 100 horas de observações seriam necessários 10 anos.

No entanto, um objeto similar à Terra orbitando uma anã vermelha de tamanho médio produziria um trânsito de uma hora a cada 10 dias, o que permitiria acumular 100 horas de trânsito em menos de três anos. Além disso, segundo Kaltenegger, as anãs vermelhas próximas oferecem melhores possibilidades de detecção de biomarcadores.

Na melhor das hipóteses, Alfa Centauro-A poderia abrigar um planeta semelhante à Terra que ainda não foi detectado. Assim, os astrônomos precisariam de poucos trânsitos para decifrar a atmosfera do objeto e possivelmente confirmar a existência do primeiro planeta irmão gêmeo da Terra.
Fonte: APOLO11.COM - http://www.apolo11.com/

O gigante adormecido


A aparência plácida da NGC 4889 pode enganar o observador desavisado. Mas a galáxia elíptica, mostrada nessa nova imagem feita pelo Telescópio Espacial Hubble, guarda um segredo obscuro. No seu coração existe um dos buracos negros mais massivos já descobertos. Localizado a cerca de 300 milhões de anos-luz de distância no Aglomerado coma, a gigantesca galáxia elíptica NGC 4889, a maior e mais brilhante galáxia nessa imagem, é o lar de um buraco negro supermassivo quebrador de recordes. Com 21 bilhões de vezes a massa do Sol, esse buraco negro tem um horizonte de eventos – a superfície de onde nem mesmo a luz pode escapar – com um diâmetro de aproximadamente 130 bilhões de quilômetros. Isso é cerca de 15 vezes o diâmetro da órbita de Netuno ao redor do Sol. Por comparação, o buraco negro supermassivo no centro da nossa galáxia, a Via Láctea, acredita-se tenha uma massa de cerca de 4 milhões de vezes a massa do Sol e um horizonte de eventos tem um tamanho equivalente a um quinto da órbita de Mercúrio.

Mas o tempo quando o buraco negro da NGC 4889 engolia as estrelas e devorava poeira é passado. Os astrônomos acreditam que o gigantesco buraco negro parou de se alimentar, e está atualmente descansando. O ambiente dentro da galáxia está agora tão tranquilo que as estrelas estão se formando a partir do gás remanescente e não perturbado ao redor do buraco negro. Quando estava ativo, o buraco negro supermassivo da NGC 4889 foi energizado pelo processo de acreção quente. Quando o material galáctico, como o gás, a poeira e outros detritos, caia vagarosamente em direção ao buraco negro, ele se acumulou e formou o disco de acreção. Orbitando o buraco negro, esse disco em rotação de material foi acelerado pela imensa força gravitacional do buraco negro e foi aquecido a milhões de graus.

Esse material aquecido também expeliu jatos gigantescos e muito energéticos. Durante esse período, os astrônomos teriam classificado a NGC 4889 como um quasar e o disco ao redor do buraco negro supermassivo teria emitido uma energia mil vezes maior do que a energia da Via Láctea. O disco de acreção sustentou o apetite do buraco negro supermassivo até que o suprimento de material galáctico se exaurisse. Agora, descansando, enquanto espera o próximo lanche celeste, o buraco negro supermassivo está dormente.

Contudo, sua existência permite que os astrônomos avancem no conhecimento sobre como e onde os quasares, esses objetos ainda misteriosos e elusivos, se formaram nos primeiros dias de vida do universo. Embora seja impossível observar diretamente um buraco negro, já que a luz não pode escapar da força gravitacional, sua massa pode ser indiretamente determinada. Usando instrumentos no Observatório Keck II e Telescópio Gemini Norte, os astrônomos mediram a velocidade com a qual as estrelas estão se movendo ao redor do centro da NGC 4889. Essas velocidades, que dependem da massa do objeto que elas orbitam, revelaram a imensa massa do buraco negro supermassivo.

Hubble mede diretamente rotação de "SUPER-JÚPITER"

Esta é uma impressão de artista do planeta com quatro vezes a massa de Júpiter que orbita a 8 mil milhões de quilómetros de uma anã castanha (o objeto avermelhado no pano de fundo). O planeta está a apenas 170 anos-luz de distância. O nosso Sol é uma estrela de fundo. Crédito: NASA, ESA e G. Bacon/STScI

Usando o Telescópio Espacial Hubble da NASA, astrónomos mediram a taxa de rotação de um exoplaneta extremo, observando a variação de brilho na sua atmosfera. Esta é a primeira medição da rotação de um exoplaneta massivo usando imagens diretas. O resultado é muito emocionante", afirma Daniel Apai da Universidade do Arizona em Tucson, EUA, líder da investigação do Hubble. "Dá-nos uma técnica única para estudar as atmosferas dos exoplanetas e para medir as taxas de rotação."

O planeta, chamado 2M1207b, tem aproximadamente quatro vezes a massa de Júpiter e é apelidado de "super-Júpiter". É companheiro de uma estrela falhada conhecida como anã castanha, orbitando o objeto a uma distância de 8 mil milhões de quilómetros. Em contraste, Júpiter está a aproximadamente 800 milhões de quilómetros do Sol. A anã castanha tem o nome 2M1207. O sistema está situado a 170 anos-luz da Terra. A estabilidade, alto contraste e alta-resolução das imagens do Hubble permitiram com que os astrónomos medissem com precisão o brilho do planeta à medida que este gira. Os investigadores atribuem a variação de brilho aos complexos padrões de nuvens na atmosfera do planeta.

As novas medições do Hubble não só verificam a presença destas nuvens, como também mostram que as camadas de nuvens são irregulares e incolores. Os astrónomos observaram pela primeira vez este exoplaneta gigante há 10 anos atrás com o Hubble. As observações revelaram que a atmosfera do exoplaneta é quente o suficiente para ter nuvens de "chuva" compostas por silicatos: rocha vaporizada que arrefece para formar partículas minúsculas semelhantes àquelas no fumo dos cigarros. Nas profundezas da atmosfera formam-se gotículas de ferro que caem como chuva, eventualmente evaporando-se à medida que entram nos níveis mais baixos da atmosfera.

"A altitudes mais elevadas, chove vidro, e a altitudes mais baixas, chove ferro," comenta Yifan Zhou da Universidade do Arizona, autor principal do artigo científico. "As temperaturas atmosféricas situam-se entre os 1200 e os 1400 graus Celsius. O super-Júpiter é tão quente que aparece mais brilhante no infravermelho. Os astrónomos usaram o instrumento WFC3 (Wide Field Camera 3) para analisar o planeta no infravermelho e assim explorar as nuvens do objeto e medir a sua velocidade de rotação. O planeta é quente porque tem apenas 10 milhões de anos e ainda está a contrair e a arrefecer. Em comparação, Júpiter tem cerca de 4,5 mil milhões de anos.

No entanto, o planeta não irá manter estas temperaturas escaldantes. Ao longo dos próximos milhares de milhões de anos, o objeto vai arrefecer e desvanecer dramaticamente. À medida que a sua temperatura diminui, o ferro e as nuvens de silicatos também vão formar-se cada vez mais baixo na atmosfera até que, eventualmente, desaparecem de vista. Zhou e a sua equipa também determinaram que o super-Júpiter completa uma rotação aproximadamente a cada 10 horas, girando mais ou menos à mesma taxa que Júpiter.

Este super-Júpiter é apenas cinco a sete vezes menos massivo que a sua anã castanha hospedeira. Por outro lado, o nosso Sol é aproximadamente 1000 vezes mais massivo que Júpiter. "Portanto, este é um bom indício de que o sistema 2M1207 que estudámos formou-se de maneira diferente do nosso próprio Sistema Solar," explicou Zhou. Os planetas que orbitam o nosso Sol formaram-se dentro de um disco circumestelar através de acreção. Mas o super-Júpiter e a sua companheira podem ter-se formado no colapso gravitacional de um par de discos separados.

"O nosso estudo demonstra que o Hubble e o seu sucessor, o Telescópio Espacial James Webb da NASA, será capaz de obter mapas de nuvens dos exoplanetas, com base na luz que recebemos deles," acrescenta Apai. De facto, este super-Júpiter é um alvo ideal para o telescópio Webb, um observatório espacial infravermelho com lançamento previsto para 2018. O Webb vai ajudar os astrónomos a melhor determinar a composição atmosférica do exoplaneta e a derivar mapas detalhados da variação de brilho com a nova técnica demonstrada com as observações do Hubble. Os resultados deste estudo aparecem na edição de 11 de fevereiro da revista The Astrophysical Journal.
Fonte: Astronomia Online


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