19 de dez de 2016

Radiação Hawking

Uma coisa que provavelmente você já ouviu falar, é a famosa radiação Hawking, neste texto procuraremos entender essa radiação que escapa dos buracos negros. Com esse nome em homenagem ao físico teórico Stephen Hawking, que propôs os argumentos teóricos dessa radiação em 1974, a radiação Hawking é uma radiação térmica explicada por efeitos quânticos. Antes de explicar exatamente o que acontece, devemos tirar da cabeça aquela imagem que construímos do vácuo como um espaço vazio. Pelo contrário, o vácuo é como uma grande sopa de partículas que borbulham a todo momento. As chamadas partículas virtuais,  flutuações quânticas de vácuo, aparecem dentro e fora da existência a todo momento e se aniquilam (partícula x anti-partícula) e isso nos mostra que o vácuo não é aquele grande espaço sem nada.

Tendo isso em mente podemos imaginar o que aconteceria se essas partículas virtuais aparecessem perto do horizonte de eventos de um buraco negro. O que Stephen Hawking propôs é como se o buraco negro roubasse essas partículas do vácuo. Bom, imagine que um par de partículas é criado, uma partícula e uma anti-partícula, próximo ao horizonte de eventos de um buraco negro (o ponto sem retorno) e devido a grande gravidade do buraco negro a partícula acaba caindo” para dentro do buraco negro, mas a anti-partícula escapa, essa anti-partícula que escapou seria a radiação Hawking. Mas, como isso explicaria a perda de massa do buraco negro que consequentemente ao longo de milhões (ou bilhões) de anos “evaporaria”?

Para um observador, seria como se surgisse um brilho de radiação vindo do buraco negro e isso violaria a lei da termodinâmica já que energia não pode ser criada e nem destruída. Mas essa energia na verdade não foi criada pelo buraco negro, podemos pensar em E =MC² e dizer que para essa emissão de energia foi necessária um pouco da massa do buraco negro e isso responde a nossa pergunta. Podemos especular ainda que, se em vez da partícula “cair” no buraco negro, a anti-partícula “caísse” e a partícula escapasse, essa partícula que escapou também é a radiação Hawking, mas a anti-partícula que foi “sugada” pelo buraco negro poderia vir a colidir com uma partícula no interior do buraco negro e aniquilar-se, dessa forma o buraco negro também perderia massa.

Lembrando que para um buraco negro vir a “sumir” demoraria em média 10^67 anos para um buraco negro de massa estelar e para os colossais buracos negros supermassivos poderia demorar até 10^100 anos. É muito tempo!  Além disso, o LHC (Large Hadron Collider) pode ser capaz de criar “mini buracos negros” que durariam uma fração de segundos e desapareceriam em uma explosão de radiação Hawking. Como o físico Jeff Steinhauer que criou em laboratório um buraco negro com ondas de som, criando um buraco negro análogo usando átomos extremamente frios presos a um feixe de laser.

Ao aplicar um segundo feixe de laser, criou-se uma espécie de declive onde os átomos conseguiam fluir como uma espécie queda d´água. A medida que os átomos se derramavam sobre o declive, eles aceleraram, alcançando velocidades supersônicas, mais rápidas que a velocidade do som, o que foi chamado de buraco negro acústico. Dessa forma ele conseguiu observar que algumas partículas “caiam” no “buraco negro” e outras conseguiam escapar, sendo um bom experimento para provar a radiação Hawking. Bom, espero que você que chegou até aqui tenha conseguido entender essa radiação proposta em 1974 pelo Stephen Hawking e visto que afinal os buracos negros não são tão negros assim!
Fonte: SPACE TODAY

ALMA encontra evidências convincentes de dois planetas recém-nascidos em redor de jovem estrela

Imagem ALMA do disco protoplanetário que rodeia a jovem estrela HD 163296. Novas observações sugerem que os dois planetas, cada com mais ou menos o tamanho de Saturno, estão em órbita da estrela. Estes planetas, que ainda não se formaram completamente, revelaram-se pela dupla impressão que deixam nas porções de gás e poeira no disco protoplanetário da estrela. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Os astrónomos sabem agora que a nossa Galáxia está repleta de planetas, desde mundos rochosos do tamanho da Terra até gigantes gasosos maiores que Júpiter. Quase todos esses exoplanetas foram descobertos em órbita de estrelas maduras com um sistema planetário completamente evoluído. Novas observações com o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) contêm evidências convincentes de que dois planetas recém-nascidos, cada um do tamanho de Saturno, estão em órbita de uma jovem estrela de nome HD 163296. Estes planetas, que ainda não estão completamente formados, revelaram-se pela dupla impressão que deixam nas porções de gás e poeira do disco protoplanetário da estrela.

As observações anteriores de outros sistemas estelares jovens ajudaram a reformular a nossa compreensão da formação de planetas. Por exemplo, as imagens ALMA de HL Tauri e TW Hydrae revelaram lacunas impressionantes e estruturas anulares proeminentes nos discos empoeirados das estrelas. Estas características podem ser os primeiros sinais tentadores do nascimento de planetas. Surpreendentemente, estes sinais aparecem em redor de estrelas muito mais jovens do que os astrónomos achavam ser possível, sugerindo que a formação planetária pode ter início logo após a formação de um disco protoplanetário.

Composição do disco protoplanetário em redor da jovem estrela HD 163296. A área interior, avermelhada, mostra a poeira do disco protoplanetário. O mais largo e azulado disco é o gás monóxido de carbono no sistema. O ALMA observou que nas duas divisões exteriores, há uma diminuição significativa na concentração de monóxido de carbono, sugerindo que dois planetas estão aí a formar-se. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); A. Isella; B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)


"O ALMA mostrou-nos imagens surpreendentes e nunca antes vistas de anéis e lacunas em redor de estrelas jovens que podem ser as características da formação de planetas. No entanto, como estávamos apenas a olhar para a poeira nos discos com detalhe suficiente, não tínhamos a certeza do que criava essas características," comenta Andrea Isella, astrónoma da Universidade Rice em Houston, no estado norte-americano do Texas e autora principal de um artigo publicado na revista Physical Review Letters. Ao estudar HD 163296, a equipa de investigação usou o ALMA para traçar, pela primeira vez, a distribuição tanto dos componentes de poeira como do gás monóxido de carbono (CO) no disco com aproximadamente o mesmo nível de detalhe.

Estas observações revelaram três lacunas distintas no disco protoplanetário de HD 163296. A primeira divisão está localizada aproximadamente a 60 UA (Unidades Astronómicas - 1 UA é a distância média entre a Terra e o Sol) da estrela central, mais ou menos equivalente à distância entre o Sol e Neptuno. As outras duas lacunas estão a 100 UA e a 160 UA da estrela central, equivalente a uma distância bem superior à Cintura de Kuiper do nosso Sistema Solar, a região de corpos gelados além da órbita de Neptuno. Usando a capacidade do ALMA em detetar o ténue "brilho" de comprimento de onda milimétrico emitido por moléculas de gás, Isella e a sua equipa descobriram que existe também um mergulho apreciável na quantidade de CO nas duas divisões exteriores da poeira.

Impressão de artista do disco protoplanetário em redor da jovem estrela HD 163296. Através do estudo dos perfis da poeira (tom castanho) e do gás monóxido de carbono (tom azul) do disco, os astrónomos descobriram evidências tentadores da formação de dois planetas nas lacunas exteriores.  Crédito: B. Saxton, NRAO/AUI/NSF

Através da observação das mesmas características tanto nos componentes gasosos como nos componentes poeirentos do disco, os astrónomos pensam que encontraram evidências convincentes para a existência de dois planetas a coalescer incrivelmente longe da estrela central. Na lacuna mais próxima da estrela, a equipe encontrou pouca ou nenhuma diferença na concentração do gás monóxido de carbono em comparação com o disco empoeirado circundante. Isto significa que a lacuna mais interior poderá ter sido produzida por algo que não seja um planeta emergente. A poeira e o gás comportam-se de forma muito diferente em redor de estrelas jovens," acrescenta Isella.

 "Sabemos, por exemplo, que existem certos processos químicos e físicos que podem produzir estruturas anulares na poeira como as vistas anteriormente. Nós certamente pensamos que estas estruturas podem ser o resultado de um planeta nascente através da poeira, mas simplesmente não podemos excluir outras possíveis explicações. As nossas novas observações fornecem evidências intrigantes de que planetas estão, de facto, a formar-se em torno desta estrela jovem. HD 163296 tem cerca de 5 milhões de anos e mais ou menos o dobro da massa do Sol. Está localizada a aproximadamente 400 anos-luz da Terra na direção da constelação de Sagitário. 
Fonte: Astronomia OnLine  



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