25 de junho de 2018

Os buracos negros morrem?

Qual é o fim de um buraco negro? Se eles têm uma data de validade, como ocorre seu fim?
Existem algumas coisas no Universo que não podemos escapar. A morte... a criação de novas estrelas... e é claro, os buracos negros.  Os buracos negros têm um apetite voraz. Eles consomem qualquer coisa, e tudo que eles encontram em sua galáxia vai sendo consumido. E isso faz com que ele fique mais massivo, e com isso, seu poder gravitacional aumenta cada vez mais. Um ciclo sem fim. Uma vez que você atravessa o horizonte de eventos, você não sai mais. Nem mesmo a luz pode escapar de seu poder.

Mas será que os buracos negros têm um ponto fraco?

Na década de 1970, o físico-teórico Stephen Hawking realizou uma descoberta notável através de cálculos matemáticos complexos e um pouco de mecânica quântica: os buracos negros brilham ligeiramente, e dado tempo suficiente, eles se dissolvem.

Até que enfim! Então quer dizer que até mesmo um buraco negro morre certo? Essa teoria ganhou o nome de "Radiação Hawking". Mas como ela funciona?

Os cálculos explicam tudo. Mas matemática, física e mecânica quântica não é algo que se aprende de uma hora pra outra. Então pra todo mundo entender como a Radiação Hawking funciona, podemos dizer que no vácuo, um par de "partículas virtuais" aparecem do nada, e ao colidirem entre si, desaparecem da mesma forma. Sim, parece mágica né?

Mas de vez em quando, um par dessas partículas virtuais surgem perto de um horizonte de eventos, e às vezes, uma delas cai pra dentro do buraco negro, e a outra fica solta. Incapaz de colidir com seu par pra evaporar, o fugitivo se torna uma partícula comum e não virtual. Isso faz o buraco negro "brilhar", e também faz com que ele ceda parte de sua matéria. Ao longo dos eons, os buracos negros então se dissolvem.  Mas tem algumas coisas que não fazem sentido, não é mesmo? Que tal irmos um pouco mais a fundo?

Radiação de Hawking

Primeiramente, "partículas virtuais" não são partículas, e nem são virtuais também. Na teoria quântica (que busca entender como as partículas e as forças funcionam), todo tipo de partícula está associada a um campo que permeia todo o espaço-tempo. Esses campos são ativos e vivos, e são mais importantes do que a própria partícula em si. Podemos pensar em partículas como "excitações" ou "vibrações" de um campo ao seu redor.

Quando esses campos se mexem, os movimentos viajam de um lugar a outro, e isso é o que chamamos de partícula. Quando o campo dos elétrons vibra, temos um elétron. Quando o campo eletromagnético vibra, temos um fóton, e por aí vai...

Às vezes, no entanto, essas vibrações falham e não fazem nada, antes mesmo de gerar uma partícula, por exemplo. Sim, o espaço-tempo é cheio de falhas nos campos de partículas. Sim, podem não ser falhas, mas por enquanto vamos tratar como se assim fossem...

Algumas dessas "vibrações falhadas" podem ficar presas durante a formação de um buraco negro, aparecendo no horizonte de eventos, e assim, "sobrevivem" e escapam. Mas devido a dilatação intensa do espaço-tempo causada pelo buraco negro, elas parecem sair de lá muito mais no futuro.

Isso as torna partículas normais, e é basicamente assim que funciona a "radiação Hawking", e isso explica como os buracos negros "perdem massa" através da ejeção de radiação.  Sim, esse é um assunto complicado, complexo e controverso. Nem todos os cientistas acreditam e se baseiam na teoria da Radiação Hawking, mas ela existe e essa é sua explicação básica.

Mas afinal, qual é o fim de um buraco negro?

De acordo com a teoria de Hawking, todos os buracos negros se dissolvem, mas isso leva muito tempo. Um buraco negro com massa igual a do Sol, levaria muitos milhões ou até bilhões de anos para se dissolver. Já um buraco negro pequeno, com massa igual a da famosa Torre Eiffel, por exemplo, evaporaria em cerca de um dia.

No entanto, de acordo com a Teoria de gauge, a radiação emitida por um buraco negro é uma radiação comum. Se isso for correto, então os cálculos matemáticos de Stephen Hawking teriam de ser corrigidos, além de que ela afirma que nem todo buraco negro desaparece.  A Teoria de gauge afirma que, um buraco negro com massa igual a do Sol teria uma temperatura igual a 60 nanokelvin, e nesse caso, ele absorve mais radiação cósmica do que emite, com isso, não evaporaria.

Um buraco negro com massa igual a da Lua, teria temperatura de 2,7 kelvins, portanto estaria em equilíbrio. Já um buraco negro menor do que isso, como um buraco negro primordial - aquele formado não pelo colapso gravitacional de uma estrela mas sim pelo acúmulo de matéria presente durante a expansão inicial do Universo - emitiria mais energia do que absorve, e assim, perderia massa até "evaporar".

Qual teoria está certa? Não sabemos ao certo... talvez leve muitos e muitos anos até que cheguemos numa conclusão a cerca disso. Mas uma coisa parece certa: os buracos negros podem sim "morrer", e quanto menor for sua massa, mais rápido isso pode acontece.
Fonte: Central da Ciência

Novo experimento para investigar as interações da matéria escura

Por volta do ano 1600, o experimento de Galileu Galilei levou-o à conclusão que no campo gravitacional da Terra, todos os corpos independente de sua massa e composição, caem com a mesma aceleração. Isaac Newton, realizou experimentos com pêndulos com diferentes materiais para poder verificar a chamada universalidade da queda livre e chegou a uma precisão de 1:1000. Mais recentemente, o experimento de satélite chamado de MICROSCOPE confirmou a universalidade da queda livre de objetos no campo gravitacional da Terra com uma precisão de 1:100 trilhões.

Esses tipos de experimentos, contudo, só podem testar a universalidade da queda livre na matéria ordinária, como a própria Terra, cuja composição é dominada por ferro, 32%, oxigênio, 30%, sílica, 15% e magnésio, 14%. Em escalas maiores, contudo, a matéria ordinária, ser somente uma pequena fração da matéria e energia do universo.

Acredita-se que a chamada matéria escura seja responsável por cerca de 80% da matéria no universo. Até hoje, a matéria escura não foi observada diretamente. Sua presença é somente inferida indiretamente, a partir de várias observações astronômicas, como a rotação das galáxias, o movimento dos aglomerados de galáxias, e as lentes gravitacionais. A natureza verdadeira da matéria escura é uma das mais proeminentes questões da ciência moderna. Muitos físicos acreditam que a matéria escura consiste de partículas subatômicas ainda não descobertas.

Com a natureza desconhecida da matéria escura outra importante questão surge, a gravidade é a única maneira de interação entre a matéria normal e a matéria escura? Em outras palavras, a matéria só sente a curvatura do espaço-tempo causada pela matéria escura, ou existe outra força que puxa a matéria em direção à matéria escura, ou talvez até mesmo empurre-a para longe e então reduza a atração total entre a matéria normal e a matéria escura. Isso implicaria numa violação da universalidade da queda livre em direção à matéria escura. Essa força hipotética é algumas vezes chamada de quinta força, ou seja, é uma força que existe além das 4 forças fundamentais da natureza, a gravitação, o eletromagnetismo, a interação forte e a interação fraca.

Atualmente existem vários experimentos acontecendo pelo mundo com o objetivo de impor limites a essa quinta força originada da matéria escura. Um dos mais interessantes experimentos usa a órbita do sistema Terra-Lua para testar alguma aceleração anômala em direção ao centro galáctico, ou seja, o centro do halo esférico de matéria escura existente na nossa galáxia. A alta precisão desse experimento vem do Lunar Laser Ranging, onde a distância entre a Terra e a Lua é medida com a precisão centimétrica através de lasers da Terra que são atirados em direção a retro refletores instalados na Lua.

Até hoje, ninguém conduziu um teste dessa quinta força com um objeto exótico como uma estrela de nêutrons. “Existem duas razões que pulsares binários abrem uma maneira completamente nova de teste para essa quinta força entre a matéria normal e a matéria escura”, disse Lijing Shao, do Max Planck Institute for Radio Astronomy (MPIfR), em Born, na Alemanha, e o primeiro autor de uma publicação no periódico Physical Review Letters. “Primeiro, uma estrela de nêutrons consiste de matéria que não pode ser construída no laboratório, muitas vezes mais densa que um núcleo atômico e consistindo inteiramente de nêutrons. Além disso, os enormes campos gravitacionais dentro da estrela de nêutrons, bilhões de vezes mais forte que o do nosso Sol, poderiam em princípio aumentar de forma significante a interação com a matéria escura”.

A órbita de um pulsar binário pode ser obtida com uma grande precisão medindo o tempo de chegada dos sinais de rádio do pulsar com radiotelescópios. Para alguns pulsares, uma precisão de mais de 100 nano segundos pode ser conseguida, correspondendo à determinação da órbita de um pulsar com uma precisão melhor do que 30 metros.

Para testar a universalidade da queda livre em direção à matéria escura, a equipe de pesquisa identificou um pulsar binário em particular, chamado de PSR J1713+0747, que está a uma distância de 3800 anos-luz da Terra. Esse é considerado um pulsar de milissegundo com um período rotacional de apenas 4.6 milissegundos e é um dos mais estáveis em rotação entre os pulsares conhecidos. Além disso, ele está numa órbita praticamente circular de 58 dias com uma estrela do tipo anã branca.

Nos pulsares, os astrônomos normalmente estão interessados nos pulsares binários bem justos com um movimento orbital rápido, quando testam a relatividade geral, os pesquisadores estavam agora olhando por pulsares de milissegundo em uma órbita mais afastada. Quanto mais ampla for a órbita, mais sensível será a reação caso a universalidade da queda livre seja violada. Se o pulsar cair com uma aceleração diferente em direção à matéria escura com relação à sua companheira anã branca, deve-se observar a deformação da órbita binária com relação ao tempo, ou seja, uma mudança na excentricidade da órbita.

“Mais de 20 anos de registros regulares de alta precisão usando o rádio telescópio Effelsberg do European Pulsar Timing Array e com os projetos NANOGrav da América do Norte, além de outros rádio telescópios, mostraram com alta precisão que a excentricidade da órbita do pulsar não mudou”, explica Norbert Wex, também do MPIfR. “Isso significa que para um alto grau a estrela de nêutrons sente a mesma atração em direção à matéria escura do que sente em relação a outras formas de matéria ordinária”.

“Para fazer testes ainda melhores, nós estamos ocupados pesquisando por outros pulsares próximos de uma grande quantidade esperada de matéria escura”, disse Michael Kramer, diretor do MPIfR, e chefe do Fundamental Physics in Radio Astronomy. “O local ideal é o centro galáctico, onde nós usamos o Effelsberg e outros telescópios no mundo para observar como parte do projeto Black Hole Cam. Uma vez que tivermos o Square Kilometre Array, poderemos fazer esses testes super precisos”, conclui ele.


10 fatos sobre o Cometa Halley

O Cometa Halley é um cometa periódico, que se tornou famoso por “visitar a Terra” a cada 75 a 76 anos. Mas além disso, o que faz desse cometa tão especial? O que acontece quando ele passa pela Terra? Veja esses e outros fatos que o fazem chamar tanto a atenção das pessoas!

1. Quando será sua próxima visita?

Ao todo, já foram registradas 30 passagens do cometa Halley pela Terra, e ele será visível aqui novamente em 2061. Ainda não se sabe exatamente em qual mês, mas especula-se que será em meados de junho. Além disso, espera-se que durante essa passagem o cometa apareça muito mais brilhante do que em sua última visita, em 1986, pois estará no mesmo lado da Terra em relação ao sol.

2. Ele foi o primeiro cometa periódico a ser descoberto

O cometa Halley foi descoberto pelo astrônomo Edmond Halley em 1696, que examinou os relatórios de um cometa que se aproximou da Terra em 1531, 1607 e 1682. Ele concluiu que esses três cometas eram realmente o mesmo que sempre retornava à Terra, e previu que o cometa voltaria novamente 1758. Infelizmente, Halley não viveu para ver o retorno do cometa, mas sua descoberta fez com que esse corpo celeste fosse batizado com seu nome.

3. Ele é um visitante antigo da Terra

O primeiro registro de sua passagem no nosso sistema solar ocorreu em 239 anos antes de Cristo. A aparência mais famosa de Halley ocorreu pouco antes da invasão da Inglaterra em 1066 por William, o conquistador. Dizem que William sentiu que o cometa anunciava seu sucesso, e por isso ele foi representado na Tapeçaria de Bayeux, que narra a invasão.

4. Ele está muito distante  

Segundo a NASA, o cometa Halley continua se afastando do Sol, e vai atingir seu ponto mais distante no final de 2023. Depois disso, começará a fazer o seu caminho de volta.

5. Não é possível ver a sua cor

O cometa reflete aproximadamente 4% de luz que ele recebe e, embora pareça muito claro e brilhante, ele é escuro como carvão. Ele apenas brilha intensamente quando está perto o suficiente para o Sol, pois a poeira e os vapores são queimados.

6. Sua velocidade não é constante

Os cientistas da NASA já identificaram várias velocidades diferentes do cometa, variando entre 70,6 km/s a 63,3 km/s. Essa variação ocorre por causa da atração exercida pelas forças gravitacionais de Saturno e de Júpiter e de Saturno, que podem desacelerar o cometa. Além disso, sua órbita é retrógrada, ou seja, ela gira no sentido contrário ao dos planetas.

7. Última visita frustrante

Em 1986, em sua tão esperada visita, o cometa desapontou muitas pessoas, que não conseguiram vê-lo por causa da poluição luminosa. Ele também estava menos brilhante, devido à sua interação com a radiação solar. Porém, esse foi um ano importante pois pela primeira vez foi possível enviar espaçonaves para observá-lo.

8.Causou pânico em 1910

Nesse ano, a imprensa divulgou notícias sobre um gás venenoso presente na cauda do cometa Halley, que mataria todos os habitantes da Terra. A partir dessas notícias, a população entrou em pânico e, mesmo com as tentativas de explicar que o gás não era venenoso, algumas pessoas compraram máscaras para tentar se proteger. Apesar do pânico, essa passagem se tornou importante pois foi a primeira vez que o cometa foi registrado em fotografia.

9. Responsável por chuvas de meteoros

Apesar do cometa só passar na Terra a cada 75 anos, você pode ver seus resíduos em uma frequência muito menor. A chuva de meteoros Orionid, que é gerada pelos fragmentos do Halley, ocorre todos os anos no mês de outubro. Além disso, ele produz chuvas de meteoros em maio, chamada Eta Aquarids.

10. Halley irá desaparecer

Seu destino não é evidente para os cientistas, mas eles afirmam que o cometa ainda ficará em nosso sistema solar por aproximadamente 10 milhões de anos. Porém, em algum momento, ele poderá evaporar como uma bola de gelo, se dividir em dois, ou então ser lançado para fora do nosso sistema solar. 
Fonte: HiperCultura.com

Hubble vê galáxia com 3 Supernovas

Fonte: NASA

E se você pudesse viajar na velocidade da luz?

Esqueça as teorias físicas que o homem já formulou, todas as leis que regem o universo, e se concentre apenas no seguinte: você é uma partícula que pode viajar na velocidade da luz. Cientistas do Instituto para Estudos Avançados, em Austin (Texas, EUA), resolveram fazer uma simulação teórica de como isso funcionaria.

Esta iniciativa partiu de novos estudos com o neutrino. Trata-se, basicamente, de uma partícula subatômica que seria capaz de se locomover mais rápido que os 300 mil quilômetros por segundo que a luz atinge. Einstein refutou a possibilidade de podermos nos locomover tão rápido quanto a luz, basicamente porque demandaria energia infinita, mas estudos recentes têm colocado esta ideia em cheque. De qualquer maneira, ainda está totalmente no campo da suposição uma viagem humana nessa velocidade.

Em primeiro lugar, como explicam os pesquisadores, nossa habilidade de ver a luz sofreria alteração. Se a luz chega até nós e é captada, sendo muitíssimo mais rápida que o nosso olhar, não se sabe ao certo como poderíamos vê-la estando na mesma velocidade do que ela.

Ainda no campo visual, imagine que saímos da Terra com uma nave à velocidade da luz. Essa é a velocidade que o sinal das transmissões de TV alcançam o satélite e são rebatidas por ele. Se saíssemos da Terra na mesma velocidade, não captaríamos o sinal de ida, apenas estaríamos indo de encontro ao sinal de volta. Com isso, veríamos o vídeo de trás para frente.

Indo mais longe, como seria um mundo em que objetos se locomovessem acima da velocidade da luz? Nós os veríamos normalmente? Os cientistas de Austin acham que não, e colocam uma analogia fácil de entender. Imagine que você está no chão e vê um avião a jato, voando acima da velocidade do som. O que acontece, nesse caso, é que você vê o avião antes de ouvir seu ruído, porque o som chega atrasado. Quando ele chega, é como um estouro, porque todas as ondas sonoras que o avião já produziu se “amontoam” juntas.

Da mesma forma, se um avião de neutrinos (para colocar em termos práticos), voando acima da velocidade da luz passasse no céu acima de você, ele não seria visível naquele momento. Quando a luz do avião chegasse, não distinguiríamos um avião, e sim um “flash” no ponto por onde ele passou, indicando um rastro de ondas eletromagnéticas. Mas essa ideia, assim como as anteriores, ainda está no campo das meras teorias. 
Fonte: HypeScience 

E agora, Einstein? Galáxias distantes se movem mais rápido que a velocidade da luz

Uma das primeiras coisas que aprendemos nas aulas de ciência é que nada pode viajar mais rápido do que a velocidade da luz. Essa é uma regra fundamental proposta por Albert Einstein em sua Teoria da Relatividade. Mas os físicos acreditam agora que pelo menos uma coisa pode quebrar esta regra, ou pelo menos parece quebrar – o próprio universo. Os astrônomos acreditam que há galáxias se afastando da nossa a uma velocidade maior que a velocidade da luz. Como resultado, provavelmente nunca conseguiremos vê-las.

Há 13,78 bilhões de anos, nosso universo, que se concentrava em um ponto muito pequeno e denso, explodiu em um evento que chamamos de Big Bang. Após a explosão, o universo expandiu a uma taxa de 10¹⁶ em uma fração de segundo, durante um período de inflação que ocorreu a uma velocidade maior que a da luz. 

Depois disso, seria de se imaginar que o universo se expandiria a uma taxa constante ou mesmo diminuiria sua velocidade. Se a velocidade diminuísse, poderíamos ver até o limite, pois não haveria nenhum lugar que fosse muito longe para a luz viajar.

Em vez disso, a taxa de expansão do universo tem acelerado. E há lugares no universo que estão tão distantes que os fótons nunca chegarão lá. Como resultado, as bordas do nosso cosmos permanecem na sombra. O que está além delas é um mistério que talvez nunca possamos resolver.

Essa expansão ainda está ocorrendo, a uma taxa cada vez maior. E não é apenas a matéria, mas o tecido do próprio universo. Além disso, as galáxias mais distantes parecem estar se movendo mais rápido do que as que estão mais perto de nós. Pode até haver algumas se movendo mais rápido que a luz – e se for esse o caso, dificilmente as detectaríamos.

A taxa de expansão universal é de 68 quilômetros por segundo por megaparsec. Um parsec é 3,26 milhões de anos-luz, enquanto um megaparsec contêm um milhão de parsecs. A cada parsec mais longe uma galáxia está da nossa, é preciso adicionar 68 km / s à sua velocidade.

Quando chegam a cerca de 4.200 megaparsecs de distância, as galáxias viajam mais rápido que a luz – só por curiosidade, 4.200 megaresecs é igual a 130.000.000.000.000.000.000.000 km. Os astrônomos conseguem calcular a que distância uma galáxia está pela distância que ela percorreu e pelo tempo necessário para percorrer essa distância, observando cuidadosamente a luz que vem dela.

Galáxias vermelhas

Podemos dizer a que distância uma galáxia se encontra por algo chamado desvio para o vermelho e pela mudança para o azul. Quando uma galáxia se afasta, a luz demora mais para chegar até nós. Todo esse espaço entre a galáxia e nós força o comprimento de onda da luz a se alongar, movendo-a em direção à parte vermelha do espectro. Isso é conhecido como desvio para o vermelho. Esses objetos que se afastam de nós parecem vermelhos enquanto aqueles que se movem em nossa direção, cujos comprimentos de onda encurtam, parecem azuis.

A coisa mais distante que podemos detectar é o fundo cósmico de microondas (CMB), um resíduo do que sobrou do Big Bang. Criado há 13,7 bilhões de anos, ele agora se estende homogeneamente 46 bilhões de anos-luz de distância em todas as direções.

De acordo com Paul Sutter, astrofísico da Universidade do Estado de Ohio, nos EUA, e cientista-chefe do Centro de Ciências COSI, a noção de que a velocidade da luz é a velocidade máxima para a matéria (ou para dados) vem da relatividade especial de Einstein. Mas isso é parte do que ele chama de “física local”. Pode e, de fato, deve ser aplicado às coisas próximas.

Longe, nas profundezas do espaço, no entanto, a relatividade geral se aplica, mas a relatividade especial não, e isso faz com a luz não seja mais exatamente o parâmetro, à medida que a velocidade mais alta se torna menos certa. A implicação de um universo em constante aceleração é uma morte cósmica melancólica. Ao longo de bilhões de anos, acredita-se que as galáxias se expandirão tão longe umas das outras que os gases que se reúnem para formar estrelas não conseguirão se unir.

A luz de outras galáxias também não poderá nos alcançar. E sem novas estrelas se formando, elas não serão nada para substituir as que se esgotaram. Isso significa um desvanecimento lento de toda a luz no universo e, em seu lugar, um cosmo para sempre envolto em trevas geladas. O universo vai literalmente apagar, a menos que outras forças possam neutralizar esse fenômeno.
Fonte: https://hypescience.com
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