7 de junho de 2018

Astrônomos encontram uma galáxia inalterada desde o início do Universo


Pesquisadores do Instituto de Astrofísica das Canárias (IAC) confirmam a primeira detecção de uma galáxia relíquia com o Telescópio Espacial Hubble. Há um cálculo que sugere que apenas uma em mil galáxias massivas é uma relíquia do universo primitivo, conservando intactas as propriedades que tinha quando foi formada há milhares de milhões de anos.

Por essa razão, quando os pesquisadores do Instituto de Astrofísica de Canárias (IAC) e da Universidade de La Laguna (ULL), Michael Beasley e Ignacio Trujillo localizaram essa raridade, usaram o Telescópio Espacial Hubble para observar os aglomerados globulares em torno dela, e assim confirmar o que tinha sido sugerido pelas observações que eles tinham feito com telescópios terrestres.

Aglomerados globulares são grupos de estrelas que orbitam ao redor dos arredores de galáxias e foram formados com as galáxias no nascimento.

Existem dois tipos de populações de aglomerados globulares: os vermelhos, que nascem em galáxias massivas, que são encontrados mais perto de seus centros e têm maior conteúdo de elementos pesados ​​do que de hélio, e os azuis, que têm uma fração menor de metais e que são encontrados em torno de galáxias massivas como consequência da absorção de galáxias menores.

A análise desses agrupamentos ajuda a fornecer informações sobre a história das galáxias.

Os resultados da pesquisa publicada hoje na Nature mostraram que a galáxia NGC 1277 possui apenas o aglomerado globular vermelho que se formou junto com ela durante o período de formação. Desde então, permaneceu inalterado.

“Os sistemas de aglomerados globulares são muito sensíveis à história da formação de galáxias”, explica Michael Beasley, o primeiro autor do artigo que também afirma que “esta é a primeira vez que uma galáxia tão massiva foi observada com tão poucos aglomerados globulares azuis”.

A galáxia NGC 1277 é composta por um milhão de milhões de estrelas e seu nome vem de sua entrada no Novo Catálogo Geral de Nebulosas e Aglomerados de Estrelas.

É na zona central do Aglomerado Perseu, a maior concentração de galáxias perto da Via Láctea, e sua proximidade relativa, 70 Mpc (225 milhões de anos luz) torna o objeto ideal para analisar as propriedades de uma galáxia que permaneceu essencialmente inalterada desde os primeiros dias do universo.

“A galáxia NGC 1277 nos dá uma oportunidade única de estudar uma galáxia“ primitiva ”no universo“ local ”, acrescenta Ignacio Trujillo, outro dos autores do artigo.

Quando esta galáxia nasceu, deu origem a 1.000 estrelas por ano, enquanto, para comparação, a Via Láctea está formando apenas uma estrela por ano.

A razão pela qual esses pesquisadores pensam que essa galáxia massiva manteve sua forma e composição originais inalteradas durante todo esse tempo é porque se formou como um satélite para a galáxia central do aglomerado Perseu, que absorveu qualquer material que pudesse ter caído sobre a NGC 1277 e fez com que evoluísse de forma diferente. Ela orbita a galáxia central agora, a uma velocidade de 1.000 quilômetros por segundo.

Os autores planejam pedir mais tempo com o Telescópio Espacial Hubble e com seu sucessor, o Telescópio Espacial James Webb, para observar os aglomerados globulares de outras galáxias relíquia.
Créditos da imagem: Telescópio Espacial Hubble
Fonte: SPACE TODAY

O LHC detectou o bóson de Higgs novamente, desta vez com uma torção massiva


Físicos que trabalham no Grande Colisor de Hádrons (em inglês, Large Hadron Collider ou LHC) realizaram uma nova detecção do famoso bóson de Higgs, desta vez capturando detalhes sobre uma rara interação com uma das mais pesadas partículas fundamentais conhecidas pela física: o quark top.

A breve mistura desse encontro incrivelmente precioso nos fornece informações importantes sobre a natureza da massa.

A pesquisa foi publicada na revista científica Physical Review Letters.

Bóson de Higgs e massa

Apesar de lidarmos com a massa todos os dias – seja na forma da força da gravidade ou na superação da inércia para movermos o nosso corpo -, entender sua causa básica é complicado.

A famosa equação E = mc ^ 2, de Albert Einstein, é uma descrição da massa como energia. Juntar partículas básicas em nêutrons e prótons requer energia, e esse esforço contribui para a sensação de peso de um átomo.

O problema é que certas partículas fundamentais ainda têm massa mesmo quando não estão exercendo nenhum esforço. De onde ela vem?
Cinquenta anos atrás, um cientista chamado Peter Higgs propôs que tinha que haver um bóson – uma partícula da mesma categoria que os fótons – que interage com outras partículas dentro de um campo especial, preenchendo aquele minúsculo pedaço de energia que completa a massa de um objeto.

Durante décadas, essa pequena partícula estranha foi a peça que faltava no quebra-cabeça do Modelo Padrão da Física. Finalmente, em 2012, sua existência foi confirmada pelo LHC.

Interações

Esse era apenas o começo de nossa exploração do bóson de Higgs, no entanto. Suas relações com diversas partículas podem nos dizer muito mais sobre a propriedade da massa – como os quarks. Existem vários tipos de quark. Os up e down são os que compõem prótons e nêutrons, por exemplo. Já os quarks top não existem por tempo suficiente para podermos reconhecer bem suas funções: eles decaem em uma fração de segundo.

Eles são incrivelmente pesados, no entanto. Um elétron tem cerca de um milionésimo da massa de um quark top, o que indica uma interação relativamente forte com o campo de Higgs.  Capturar a interação entre um bóson de Higgs e um quark top, no entanto, é muito difícil. Nenhuma das duas partículas existe por tempo suficiente para ser vista diretamente, e apenas 1% dos bósons de Higgs produzidos pelas energias do LHC aparecem ao lado de um quark top.

Agulha no palheiro

Para identificá-los juntos, os físicos precisaram vasculhar os dados de dois grandes experimentos de colisão do LHC – ATLAS e CMS – em busca de combinações de assinatura dessas partículas.

Foi como encontrar uma agulha no palheiro. Mas, ao encontrar suficientes agulhas e comparar seus resultados, os pesquisadores de ambos os experimentos estão agora confiantes de que têm os números certos para descrever a força de um acoplamento de bóson de Higgs com quark top.

“As medições das colaborações CMS e ATLAS dão uma forte indicação de que o bóson de Higgs tem um papel fundamental no grande valor da massa de quarks top”, resumiu o físico Karl Jakobs, porta-voz da colaboração ATLAS. “Embora esta seja certamente uma característica fundamental do Modelo Padrão, esta é a primeira vez que foi verificada experimental e significativamente”.

Grande Colisor de Hádrons detecta partícula mais rara que o Bóson de Higgs. Mais informações devem ser coletadas nos próximos meses, de forma que os pesquisadores podem chegar a uma figura mais precisa. “Quando o ATLAS e o CMS concluírem suas coletas de dados em novembro de 2018, teremos eventos suficientes para desafiar ainda mais fortemente a previsão do Modelo Padrão, para ver se há uma indicação de algo novo”, disse o porta-voz da colaboração CMS, Joel Butler
Fonte: ScienceAlert 

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

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: https://hypescience.com
[Phys]

Talvez pudéssemos ver um dia "singularidades" dentro dos buracos negros?

Quando buracos negros colidem, interações entre seus núcleos podem deixar uma marca nas ondas gravitacionais resultantes
As singularidades são os objetos mais extremos do universo. Elas se formam quando estrelas ficam sem “combustível” e entram em colapso sob seus próprios campos gravitacionais. Quando as singularidades são cercadas por uma superfície de onde nada, nem mesmo a luz, pode escapar, conhecida como horizonte de eventos, este objeto é o que conhecemos como buraco negro.

As singularidades são também um mistério. Isso porque, para explorar a verdadeira natureza das singularidades, precisaríamos de uma teoria que unificasse a relatividade geral e a mecânica quântica. Por enquanto, essa é uma tarefa que ninguém conseguiu realizar.

Porém, em um texto publicado no site da revista Scientific American, o físico Avi Loed, professor da Universidade de Harvard, diz acreditar que seja possível avançarmos até o ponto de chegarmos a uma teoria que nos faça “ver” as singularidades.

“Mesmo no contexto de propostas específicas para um modelo unificado, como a teoria das cordas, a natureza das singularidades dos buracos negros raramente é discutida por causa de sua complexidade matemática. Mas talvez esteja na hora de abrir essa discussão, já que o Prêmio Nobel de 2017 foi concedido à equipe do LIGO por descobrir ondas gravitacionais de colisões de buracos negros. Um sinal quântico observável das singularidades incorporadas poderia nos guiar na busca por uma teoria unificada”, defende ele em seu texto.

Reservatório de matéria

Ele explica que essa ideia surgiu em sua mente após um evento cotidiano em sua casa. “Esse pensamento me ocorreu durante duas conferências consecutivas que realizamos na Universidade de Harvard de 7 a 11 de maio, uma sobre astrofísica de ondas gravitacionais e a segunda sobre a conferência anual da Iniciativa do Buraco Negro de Harvard. Alguns dias antes, o porão de minha casa estava inundado, já que o cano de esgoto estava entupido de raízes de árvores, e as cinco horas que passei com um encanador para consertar esse problema me levaram a perceber que a água que escorre pelo ralo é coletada em algum lugar”.

“Normalmente, o cano de esgoto leva a água para um reservatório da cidade e não pensamos onde ela vai, porque não vemos a água quando ela sai de nossa propriedade. Mas como o cano de esgoto da minha casa estava entupido, a água inundou meu porão e então comecei a pensar sobre o problema análogo de onde a matéria que faz um buraco negro é coletada. O reservatório nesse caso é a singularidade”.

“É verdade que a singularidade de um buraco negro estacionário está escondida atrás de um horizonte de eventos para qualquer observador externo. Essa “censura cósmica” é uma boa razão para ignorar as consequências observacionais das singularidades ao sondar o espaço-tempo calmo em torno de buracos negros isolados, por exemplo – enquanto imaginamos a silhueta de Sagitário A * no centro da Via Láctea com o Telescópio Event Horizon”. 

Porém, Loed diz que essa barreira não significa que os pesquisadores não possam estudar estes objetos. “Isso não implica que os observadores, de maneira mais geral, nunca possam estudar empiricamente a natureza das singularidades. Quando as crianças recebem um presente de aniversário embrulhado em uma caixa, elas tentam aprender sobre sua natureza sem vê-lo diretamente sacudindo a caixa e ouvindo suas vibrações. 

Da mesma forma, podemos ouvir as vibrações de um horizonte de buraco negro que é fortemente abalado através de sua colisão com outro buraco negro, na esperança de aprender mais sobre a natureza das singularidades escondidas no interior. As futuras gerações de detectores LIGO podem servir como “ouvidos de criança” na extração de novas informações dessas vibrações”, compara. 
Fonte: Scientific American
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