18 de jul de 2016

Físicos demonstraram que o Big Bang pode ter sido um Big Bounce


big bang ou big bounce


Uma equipe internacional de pesquisadores demonstrou que a hipótese de que o Big Bang foi na verdade um Big Bounce é possível. Isso significa que o universo não surgiu de uma grande explosão que trouxe tudo à existência. Ao invés disso, simplesmente começou a se expandir novamente depois de se contrair totalmente. O novo estudo foi publicado na revista Physical Review Letters.

O que é o Big Bounce?
A teoria do Big Bounce, pensada pela primeira vez mais de cem anos atrás, foi criada para explicar como o universo se formou. Ao contrário do modelo do Big Bang, que afirma que o nosso universo nasceu de uma gigantesca explosão de um ponto infinitamente denso, o Big Bounce propõe que o universo está em constante expansão e contração. Isto significa que o universo funciona como uma espécie de balão: se expande a partir de um único ponto, cresce até atingir uma certa distância máxima, e depois se contrai de volta ao ponto original, para começar todo o processo novamente. Até agora, um dos maiores problemas com este modelo hipotético era explicar como o universo faria a transição de contração para expansão uma vez que estivesse totalmente “esvaziado”. O novo estudo tentou resolver essa questão usando as propriedades da mecânica quântica.

Modelo computacional
De acordo com os físicos do Imperial College London (Reino Unido) e do Perimeter Institute for Theoretical Physics (Canadá) envolvidos no estudo, quando o universo está em seu menor ponto, é governado pela mecânica quântica, em vez da física clássica que rege o mundo cotidiano em torno de nós. Nesta escala extremamente pequena, o universo seria salvo da destruição porque os efeitos da mecânica quântica, em essência, evitam que as coisas se quebrem e se separem. Para chegar a essa conclusão, a equipe construiu um modelo de computador que simula como o universo pode ter evoluído ao longo do tempo. Eles descobriram, usando a mecânica quântica, que o universo poderia ter se ampliado a partir de um único ponto mesmo com a quantidade mínima de ingredientes – radiação e um pouco de matéria – presentes no momento. Enquanto o atual modelo explica como o universo pode fazer a transição entre expansão e contração, a equipe ainda precisa determinar se ele pode eventualmente produzir objetos dentro do universo como galáxias e outras estruturas celestes.
Fonte: HYPESCIENCE.COM

Como o universo poderia ter surgido do nada?

idade universo

Meu objetivo não é destruir a religião, apesar de isso ser um efeito colateral interessante. Meu objetivo não é diferente do que o de Charles Darwin com seu livro “A Origem das Espécies”. Meu objetivo é usar essa fascinante questão, que todos fazem, e motivar as pessoas a aprender sobre o universo real”.

De onde veio o Universo?
O físico teórico Lawrence Krauss já tomou parte em muitos tópicos complicados, da evolução até o estado das políticas científicas, passando pela física quântica e até a ciência em Star Trek. Mas em um de seus livros, ele talvez fale sobre o assunto limite: como nosso universo surgiu do nada sem uma intervenção divina.  O argumento de que Deus foi o responsável pelo toque inicial, dando vida ao cosmos, vem desde Aristóteles e Tomás de Aquino. Em debates com teólogos, “a questão ‘porque existe algo ao invés de nada’ sempre aparece como ‘inexplicável’ e implica a existência de um criador”, afirma Krauss. “Nós já fomos tão longe, que responder essa pergunta – ou fazer questões similares – virou parte da ciência.  Ele comentou essa intrigante questão em uma palestra gravada, em uma conferência da Aliança Ateísta Internacional, em 2009. O vídeo já teve mais de um milhão de visualizações, e incitou Krauss a publicar seu mais novo livro, “A Universe From Nothing”.

Porque existe algo ao invés de nada? O cientista afirma que essa questão implica uma pesquisa que não está realmente no propósito científico. “O ‘porque’ nunca é realmente um ‘porque’… de verdade, quando dizemos ‘porque’, estamos querendo saber ‘como. Ok, mas então como temos um universo do nada? Krauss traça uma série de descobertas, desde a teoria geral da relatividade de Einstein até os últimos estudos da energia escura, exemplificando como os cientistas determinaram que os espaços vazios estão preenchidos com energia, na forma de partículas virtuais. Da perspectiva da física quântica, as partículas entram e saem da existência a todo o tempo. Pra Krauss e muitos outros teóricos, o nada é tão instável que ele tem que criado algo: em nosso caso, o universo.

E ainda mais. Krauss e seus colegas tem a visão de que pode haver uma sucessão infindável de big bangs, criando muitos universos com diferentes parâmetros e leis físicas. Alguns desses volta ao nada imediatamente, enquanto outros – como o nosso – ficam por aí tempo suficiente para dar origem às galáxias, estrelas, planetas e vida. Os cientistas ainda não têm uma forma de testar essa hipótese, mas isso explicaria como temos sorte de estar vivos: ganhamos na loteria cósmica.  Alguns dizem ‘Bom, isso é só uma escapatória’”, comenta Krauss. “Mas é uma desculpa menor do que Deus”.

Positivos e negativos - O livro de Krauss não é o primeiro a colocar que Deus é desnecessário para a criação do universo. Stephen Hawking apresentou um ponto parecido em seu livro “The Grand Design”. O argumento chave é que a energia positiva da matéria é balanceada pela energia negativa do campo gravitacional. Da perspectiva quântica, a energia total do universo é zero e a evidência matemática disso seria o fato do universo ser plano e não esférico. Portanto, a energia do “nada” é conservada, mesmo que “algo” entre na história. A ideia de um balanço entre a energia positiva e negativa tem gerado críticas por parte do criacionismo, mas Krauss afirma que o conceito bate com as teorias cosmológicas atuais.

“Soa como uma fraude, mas não é. Uma vez com a gravidade, o incrível é que você pode começar com zero energia e acabar com diversas coisas, e essas podem ter energia positiva, contanto que você faça o efeito contrário com energia negativa. A gravidade permite que a energia seja negativa”, afirma o cientista. Daqui a muito tempo, quando todas as galáxias tiverem expandindo até o fim, e todas as estrelas morrido, os positivos e negativos vão se cancelar, levando nosso universo a voltar à uniformidade do espaço vazio. “O ‘algo’ talvez esteja aqui por um pequeno período de tempo”, afirma Krauss.

Acentuar o positivo - Para muitos isso pode soar um tanto suicida. O famoso evolucionista (e um dos ateus mais famosos do mundo) Richard Dawkins afirma o seguinte: “Se você acha que isso é sombrio e pouco entusiasmante, que pena. Realmente não traz conforto”. Mas Krauss não pretende ser um depressor. Krauss afirma que a perspectiva científica sobre as origens e o destino do universo oferece uma alternativa válida para o tradicional “consolo” que a religião propõe. Aqui estão estas marcantes leis da natureza que surgiram e produziram tudo que você conhece, algo muito mais interessante do que qualquer conto de fadas”, comenta Krauss. “Nós somos os beneficiários sortudos disso, e deveríamos aproveitar o fato de termos consciência para apreciar o universo. É um acidente fantástico, como temos sorte de ser parte disso! E você pode criar uma ‘teologia’ ao redor disso, se quiser. É claro que Krauss não se refere à teologia no sentido literal, do estudo de Deus, mas em um sentido de atitude com a vida e seus significados (ou falta de). Qual é a sua atitude? Sinta-se livre para expressar sua opinião, mas com respeito.
Fonte: HypeScience.com
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Explosão estelar permite-nos observar linha de neve da água


Impressão artística da linha de neve da água em torno da jovem estrela V883 Orionis.Fonte:ESO

O Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) obteve a primeira observação bem resolvida de uma linha de neve de água no interior de um disco protoplanetário. Esta linha marca o lugar onde a temperatura no disco que rodeia uma estrela jovem decresce o suficiente para que se possa formar neve. O aumento drástico no brilho da jovem estrela V883 Orionis aqueceu a zona interior do disco, empurrando a linha de neve da água para uma distância muito maior do que o que é normal numa protoestrela, permitindo assim observá-la pela primeira vez. Estes resultados são publicados a 14 de julho de 2016 na revista Nature. As estrelas jovens encontram-se muitas vezes rodeadas por densos discos de gás e poeira em rotação, os chamados discos protoplanetários, a partir dos quais os planetas se formam.

O calor de uma estrela jovem do tipo solar faz com que a água no seio do disco protoplanetário se mantenha no estado gasoso até uma distância de cerca de 3 UA da estrela — menos de 3 vezes a distância média entre a Terra e o Sol — ou cerca de 450 milhões de km. Mais longe, devido à pressão extremamente baixa, as moléculas de água passam diretamente do estado gasoso a uma camada de gelo que cobre grãos de poeira e outras partículas. A região no disco protoplanetário onde a água passa da fase gasosa para a fase sólida é chamada linha de neve da água.

No entanto, a estrela V883 Orionis é invulgar. Um aumento drástico no seu brilho empurrou a linha de neve para uma distância de cerca de 40 UA (cerca de 6 mil milhões de km ou aproximadamente o tamanho da órbita do planeta anão
Plutão no nosso Sistema Solar). Este enorme aumento, combinado com a resolução do ALMA para grandes linhas de base, permitiu à equipa, liderada por Lucas Cieza (Millennium ALMA Disk Nucleus e Universidad Diego Portales, Santiago, Chile) obter as primeiras observações resolvidas de uma linha de neve de água num disco protoplanetário.

O brilho repentino que a V883 Orionis sofreu é um exemplo do que acontece quando enormes quantidades de material do disco que rodeia a estrela jovem caem na sua superfície. A V883 Orionis é apenas 30% mais massiva que o Sol, mas devido a esta explosão que está a ocorrer, a sua luminosidade é atualmente 400 vezes maior que a do Sol, apresentando-se também muito mais quente. O autor principal Lucas Cieza explica: “As observações ALMA revelaram-se surpreendentes para todos nós. As nossas observações estavam preparadas para procurar fragmentações no disco, as quais levam à formação de planetas. Não vimos nada disso, no entanto encontrámos o que parece ser um anel a 40 UA. Isto mostra bem o poder transformador do ALMA, que nos dá resultados excitantes mesmo não sendo os que estamos à procura.”

A ideia estranha de neve em órbita no espaço é fundamental para a formação planetária. A presença de água regula a eficiência da coalescência dos grãos de poeira — a primeira etapa da formação planetária. É no interior da linha de neve, onde a água se evapora, que se pensa que nasçam os planetas rochosos mais pequenos, como a Terra. Para lá da linha de neve, a presença de gelo de água permite a rápida formação de bolas de neve cósmicas, que eventualmente irão formar planetas gasosos massivos como Júpiter.

A descoberta de que estas explosões na estrela podem lançar a linha de neve da água para cerca de 10 vezes o seu raio típico é bastante significativa para o desenvolvimento de bons modelos de formação planetária. Pensa-se que estas explosões sejam uma etapa da evolução da maioria dos sistemas planetários, por isso esta pode bem tratar-se da primeira observação de uma ocorrência comum. Neste caso, esta observação do ALMA poderá contribuir de modo significativo para uma melhor compreensão de como é que os planetas se formam e evoluem no Universo.
Fonte:ESO

Buraco negro faz material oscilar em seu redor



Esta impressão de artista mostra o disco de acreção em redor de um buraco negro, no qual a região interior sofre precessão. "Precessão" significa que a órbita do material em redor do buraco negro muda de orientação.  Nesta três imagens, o disco interior brilha com radiação altamente energética que atinge a matéria no disco de acreção em redor, fazendo com que os átomos de ferro emitam raios-X, tal como indicado no brilho do disco de acreção à direita (imagem a), em frente (imagem b) e à esquerda (imagem c).  Crédito: ESA/ATG medialab

O observatório de raios-X XMM-Newton da ESA provou a existência de um "vórtice gravitacional" em torno de um buraco negro. A descoberta, assistida pela missão NuSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array) da NASA, resolve um mistério que iludia os astrónomos há mais de 30 anos, e permitirá mapear o comportamento da matéria muito perto dos buracos negros. Também pode abrir a porta a futuras investigações da relatividade geral de Albert Einstein. A matéria que cai sobre um buraco negro aquece à medida que mergulha para a sua ruína. Antes de passar para o buraco negro e de se perder para sempre da vista, pode atingir milhões de graus. A essa temperatura, emite raios-X para o espaço. Na década de 1980, os pioneiros astrónomos que usavam os primeiros telescópios de raios-X descobriram que os raios-X provenientes de buracos negros de massa estelar, na nossa Galáxia, cintilam. As mudanças seguem um padrão definido. Quando essa oscilação começa, o escurecimento e reavivamento pode demorar até 10 segundos para completar. À medida que passam dias, semanas e meses, o período diminui até que a oscilação ocorre 10 vezes por segundo. Aí, a cintilação pára subitamente e completamente.

O fenómeno foi apelidado de Oscilação Quasi-Periódica (OQP). "Reconheceu-se imediatamente que era algo fascinante porque vinha de uma zona muito próxima de um buraco negro," afirma Adam Ingram, da Universidade de Amesterdão, na Holanda que, em 2009, começou a trabalhar na compreensão das OQPs para a sua tese de doutoramento.
Durante a década de 1990, os astrónomos começaram a suspeitar que as OQPs estavam associadas com um efeito gravitacional previsto pela relatividade geral de Einstein: que um objeto giratório cria uma espécie de vórtice gravitacional. É um pouco como torcer uma colher com mel. Imagine que o mel é o espaço e tudo o que está embebido no mel será 'arrastado' em redor da colher," explica Ingram. "Na realidade, isto significa que qualquer coisa em órbita de um objeto giratório verá o seu movimento afetado." No caso de uma órbita inclinada, irá sofrer "precessão". Isto significa que toda a órbita vai mudar de orientação em torno do objeto central. O tempo que demora para a órbita voltar à sua condição inicial é conhecido como ciclo de precessão.

Em 2004, a NASA lançou a Gravity Probe B para medir este chamado efeito de Lense-Thirring em redor da Terra. Após uma análise cuidadosa, os cientistas confirmaram que a sonda iria completar um ciclo de precessão a cada 33 milhões de anos. No entanto, em torno de um buraco negro, o efeito será muito mais percetível devido ao muito mais forte campo gravitacional. O ciclo de precessão levaria apenas uma questão de segundos ou menos para ficar concluído. Estes valores são tão parecidos com os das OQPs que os astrónomos começaram a suspeitar de uma ligação. Ingram meteu mãos à obra focando-se no problema e observando o que acontecia no disco plano de matéria em redor de um buraco negro. Conhecido como disco de acreção, é o local onde o material espirala gradualmente na direção do buraco negro. Os cientistas já suspeitavam que, perto do buraco negro, o disco de acreção plano "incha" para um plasma quente, no qual aos eletrões são retirados os seus átomos. Denominado fluxo interno quente, diminui de tamanho ao longo de semanas e meses à medida que é "comido" pelo buraco negro.

Em conjunto com colegas, Ingram publicou um artigo, em 2009, que sugeria que a OQP é impulsionada pela precessão de Lense-Thirring deste fluxo quente. Isto porque quanto menor o fluxo interior, mais perto se aproxima do buraco negro e, portanto, mais rápido o ciclo Lense-Thirring se torna. A questão era: como provar isto?

"Passámos muito tempo a tentar encontrar evidências conclusivas deste comportamento," comenta Ingram. A resposta é que o fluxo interno liberta radiação altamente energética que atinge a matéria no disco de acreção em redor, fazendo com que os átomos de ferro no disco brilhem como um tubo de luz fluorescente. O ferro liberta raios-X num único comprimento de onda - a que se dá o nome "linha espectral.  Dado que o disco de acreção se encontra em rotação, a linha do ferro vê o seu comprimento de onda ser distorcido pelo efeito Doppler. A linha de emissão do lado do disco que gira na direção da Terra é "esmagada" - desvia-se para o azul - e a linha de emissão do lado do disco que gira na direção contrária é "esticada" - desvia-se para o vermelho. Se o fluxo interno está realmente em precessão, vai, por vezes, brilhar no disco de material em aproximação e por vezes no material em recuo, fazendo com que a linha oscile para a frente e para trás ao longo de um ciclo de precessão.

Foi na observação desta oscilação que o XMM-Newton entrou em ação. Ingram e colegas de Amesterdão, de Cambridge Durham, Southampton e de Tóquio, solicitaram uma observação de longa-duração que lhes permitisse ver a OQP repetidamente. Escolheram o buraco negro H 1743-322, que exibia na altura uma OQP de quatro segundos. Observaram o objeto durante 260.000 segundos. Também o observaram durante 70.000 segundos com o Observatório de raios-X NuSTAR da NASA. A capacidade de alta-energia do NuSTAR foi muito importante," realça Ingram. "O NuSTAR confirmou a oscilação na linha do ferro e, adicionalmente, vimos uma característica no espectro chamada 'protuberância de reflexão' que acrescenta mais evidências para a precessão."

Após um processo rigoroso de análise, que consistiu na aglomeração de todos os dados observacionais, viram que a linha do ferro oscilava de acordo com as previsões da relatividade geral. "Estamos a medir diretamente o movimento de matéria num forte campo gravitacional perto de um buraco negro," comenta Ingram. É a primeira vez que se mede o efeito Lense-Thirring num campo gravitacional forte. A técnica permitirá aos astrónomos mapearem a matéria nas regiões interiores dos discos de acreção em torno de buracos negros. Também sugere uma nova e poderosa ferramenta com que testar a relatividade geral.

A teoria de Einstein tem permanecido praticamente não testada em campos gravitacionais tão fortes como este. Por isso, se os astrónomos puderem compreender a física da matéria que flui para o buraco negro, poderão então testar as previsões da relatividade geral como nunca antes - mas só se o movimento da matéria no disco de acreção puder ser completamente compreendido. Se conseguirmos esmiuçar a astrofísica, podemos testar verdadeiramente a relatividade geral," salienta Ingram. Um desvio das previsões da relatividade geral será bem-recebido por uma grande quantidade de astrónomos e físicos.

Será um sinal concreto de que existe uma teoria mais profunda da gravidade. Os maiores telescópios de raios-X, no futuro, poderão ajudar na pesquisa porque são mais poderosos e podem recolher raios-X de forma mais eficiente. Isto permitirá com que os astrónomos investiguem o fenómeno da OQP em mais detalhe. Mas, por agora, os astrónomos podem contentar-se em ter visto o papel da gravidade de Einstein em redor de um buraco negro."Este é um grande avanço, pois o estudo combina informação acerca dos tempos e da energia dos fotões de raios-X para encerrar o debate de 30 anos em torno da origem das OQPs. A capacidade de recolha de fotões do XMM-Newton foi fundamental para este trabalho," conclui Norbert Schartel, cientista do projeto XMM-Newton da ESA.
Fonte: Astronomia Online


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