27 de agosto de 2018

E o maior mistério do universo é…


São 15 anos a coçar a cabeça, desde que percebemos que algum agente misterioso está empurrando o universo para longe. Nós ainda não sabemos o que é. Ele está em toda parte e não podemos vê-lo. Reponde por mais de dois terços do universo, mas não temos ideia de onde vem ou de que é feito. “A natureza não está pronta para nos dar alguma pista ainda”, diz Sean Carroll, físico teórico do Instituto de Tecnologia da Califórnia, em Pasadena (EUA). Um nome já lhe foi dado: energia escura. Agora, a busca é sobre o que realmente é. Ainda este ano, os astrônomos irão começar um novo levantamento do céu para procurar sinais do material entre as explosões de estrelas e antigos aglomerados de galáxias. Um pacote de missões espaciais e gigantescos telescópios baseados na Terra em breve se juntarão à missão.

Até o momento, nosso conhecimento é bastante escasso. Ele é limitado a, talvez, três coisas. Primeiro, sabemos que a energia escura empurra. Em 1998, observaram-se inesperadas explosões de supernovas, que estavam mais longe do que imaginávamos. O espaço parece, em algum momento, ter começado a se expandir mais rápido, como se impulsionado por uma força repulsiva agindo contra a gravidade atrativa da matéria.

Em segundo lugar, há vários ingredientes nela. O movimento e aglomeração de galáxias nos diz o quanto a matéria é exterior ao universo, enquanto que as micro-ondas cósmica emitidas 380 mil anos após o Big Bang nos permitem estudar a densidade total da matéria mais a energia. Este segundo número é muito maior. De acordo com os dados mais recentes, incluindo observações de micro-ondas do satélite Planck, da Agência Espacial Europeia, cerca de 68% do universo é, de alguma forma, não material, ou energética.

Em terceiro lugar, a energia escura é um excelente combustível para as mentes criativas dos físicos. Eles a veem em centenas de formas diferentes e fantásticas.

A mais “simples” delas é a constante cosmológica. É uma densidade de energia inerente ao espaço, que dentro da teoria geral da relatividade de Einstein cria uma gravidade repulsiva. Conforme o espaço se expande mais e mais, torna a sua repulsa mais forte em relação à gravidade. Partículas físicas até parecem fornecer uma origem para ela, em partículas virtuais que aparecem e desaparecem no vácuo quântico incerto.

Mas muitas discrepâncias catastróficas deixam espaço para uma mistura variada de teorias alternativas. A energia escura poderia ser quintessência, um campo de energia hipotética que permeia o espaço. Ou pode ser uma forma modificada da gravidade que repele a longa distância, ou uma ilusão nascida da posição da Terra no cosmos. Talvez a energia escura poderia assumir a forma de ondas de rádio trilhões de vezes maiores do que o universo observável.

“Muitas pessoas inteligentes têm tentado inventar algo melhor do que a constante cosmológica, ou entender por que a constante cosmológica tem este valor. Grosso modo, elas falharam”, diz Carroll.

Uma maneira de ir direto ao ponto pode ser descobrir se a energia escura está mudando ao longo do tempo. Se não for verdade, isto excluiria a constante cosmológica: como uma propriedade inerente do espaço, a sua densidade deve permanecer inalterada. Na maioria dos modelos de quintessência, por outro lado, a energia torna-se diluída lentamente, como trechos de espaço – embora em alguns realmente se intensifique, bombeada pela expansão do universo. Em teorias mais modificadas da gravidade, a densidade da energia escura também é variável. Ela pode até subir um pouco e, em seguida, descer, ou vice-versa.

O destino do universo paira neste equilíbrio. Se a energia escura permanecer estável, a maioria dos cosmos irá acelerar para longe, deixando-nos em uma pequena ilha do universo cortado do resto do cosmos. Se intensificar-de, pode eventualmente destruir toda a matéria em um “Big Rip” (“grande rasgo”), ou até mesmo tornar o tecido do espaço instável aqui e agora.

Nossa melhor estimativa hoje, baseada principalmente em observações de supernovas, é que a densidade da energia escura é bastante estável. Há uma sugestão de que está aumentando ligDiminuindo as incertezas. A Pesquisa de Energia Escura, um projeto internacional que começou a coletar dados em setembro, pretende melhorar nosso conhecimento. Ele utiliza o telescópio Víctor M. 

Blanco de 4 metros de largura do Observatório Interamericano Cerro, no Chile, ligado a uma câmera infravermelha sensível especialmente projetada para procurar vários sinais reveladores da energia escura sobre uma ampla faixa do céu. “Este não é o maior telescópio do mundo, mas tem um grande campo de visão”, diz Joshua Frieman da Universidade de Chicago (EUA), que é diretor do projeto.

Para começar, o telescópio vai pegar muitos mais supernovas. O brilho aparente de cada explosão estelar nos diz há quanto tempo isso aconteceu. Durante o tempo que a luz nos atingiu, o seu comprimento de onda foi esticado pela expansão do espaço.

A pesquisa também vai desenhar um mapa do céu que marca as posições de algumas centenas de milhões de galáxias e suas distâncias de nós. As ondas sonoras que reverberam em torno dos cosmos deram enormes superaglomerados de galáxias uma escala característica. Ao medir o tamanho aparente de superaglomerados, podemos obter uma nova perspectiva sobre a história da expansão do universo.

O mapa também revela influências das trevas em escalas menores. A equipe de pesquisa acompanhará o crescimento através de um efeito conhecido como lente gravitacional, que ocorre quando o feixe dobrar a luz que passa através deles a partir de objetos cósmicos ainda mais distantes.

Estas várias medidas devem dar um insight sobre como a energia escura mudou ao longo do tempo. A pesquisa deve reduzir a incerteza sobre os resultados existentes por um fator de quatro, diz Frieman. Após a primeira análise devida dos dados, em 2016, vamos começar a distinguir entre alguns dos diferentes modelos teóricos.

Por fim, o Large Synoptic Survey Telescope, um projeto norte-americano, deve-se abrir o seu grande olho em 2021. Outros mega-âmbitos, como o Telescópio de 30 Metros, no Havaí, o European Extremely Large Telescope e o Telescópio Gigante Magalhães, no Chile, também devem entrar em ação em torno do mesmo tempo. Assim, o enorme receptor de rádio cósmico baseado na Austrália e África do Sul, o Square Kilometre Array, irá traçar a estrutura cósmica através do brilho de rádio de nuvens de hidrogênio. Em 2020, a Agência Espacial Europeia e a NASA planejam lançar uma missão espacial de caça a energia escura chamada Euclides. O telescópio Infrared Survey Largo-Campo dos EUA pode seguir logo depois.eiramente, mas as incertezas são muito grandes para nos preocuparmos com esse aumento.

Esta perseguição através do espaço vai ser emocionante, mas ainda pode nos iludir. Mesmo se descobrirmos que a densidade da energia escura é crescente ou decrescente, podemos não ser capazes de dizer se isso é devido a quintessência ou a algum tipo de variável gravidade.

“Se você introduzir um novo campo ou partícula para ser sua energia escura, então também vai atuar como o portador de uma nova força”, diz Clare Burrage da Universidade de Nottingham, no Reino Unido. Algo como quintessência produziria uma força fundamental em quinto lugar, separada da gravidade, eletromagnetismo e forças nucleares. O mesmo é válido para a maioria das formas de gravidade modificada. “Mas nós não vemos uma quinta força dentro do sistema solar”, diz Burrage.

Teóricos geralmente se livram deste ponto de atrito pela adição de um mecanismo de triagem, que enfraquece a quinta força em ambientes relativamente densos, como a vizinhança solar. Um projeto chamado experimento GammeV, do Fermilab, em Illinois (EUA), está já à procura de um determinado campo de energia escura blindado chamado de camaleão.

Até agora GammeV nada observou, mas Burrage visa procurar uma gama muito maior de energias escuras, e com maior sensibilidade.

Existem ainda muitas maneiras de se tentar a energia escura, como através de efeitos elétricos. Por exemplo, Michael Romalis, da Universidade de Princeton (EUA) e Robert Caldwell do Dartmouth College (EUA) propuseram no início deste ano que se fótons ou elétrons comuns podem gerar quintessência mesmo muito fraca, então um campo magnético da Terra deve gerar uma pequena carga eletrostática. Este efeito é potencialmente simples de detectar, embora qualquer aparelho projetado para fazê-lo teria que ser muito preciso.

Poucos imaginam que esse mistério será solucionado logo. “A energia escura é um dos maiores mistérios, e eu não espero ainda estar por perto quando nós o descobrirmos”, diz Stephen Hsu, da Universidade de Oregon (EUA). 
Fonte: https://hypescience.com
[NewScientist]

Três impressionantes imagens da astronomia

Três imagens da astronomia imperdíveis: veja a recém-divulgada foto do eclipse do ano passado, 15.000 galáxias reveladas na nova visão ultravioleta do céu profundo do Hubble e a formação de estrelas em ação na galáxia espiral M74.

Uma visão mais alta da totalidade

Quando Jon Carmichael chegou para o vôo 1368 da Southwest Airlines em 21 de agosto de 2017, ele ficou aterrorizado. "Eu me preocupei em perder este momento único na vida. Mas ele não fez. Enquanto milhões de pessoas assistiam a totalidade passar pelos Estados Unidos continentais, Jon Carmichael fotografou a bela vista de um ponto de vista de milhares de metros acima, a bordo de um avião que o levou de Portland, Oregon, para St. Louis, Missouri.
Carmichael chegou ao portão armado com todos os seus equipamentos de câmera e US $ 600 em dinheiro. A Southwest não atribuiu assentos, mas quando ele se apresentou para a tripulação de voo, deram-lhe o assento 1A, e o próprio capitão limpou a janela de Carmichael. Além disso, a tripulação de voo concordou em realizar uma série de cinco voltas de 180º, sob a sombra da Lua. As visualizações resultantes ajudaram Carmichael a capturar as imagens necessárias para produzir a impressionante imagem composta abaixo.

Fotografias do Hubble 15.000 galáxias

Ao longo de 132 órbitas ao redor da Terra, o Telescópio Espacial Hubble obteve imagens de radiação ultravioleta em uma região do céu cobrindo 100 minutos de arco quadrado. São 14 vezes a área do Campo Ultra-Profundo do Hubble. O resultado desse enorme esforço é o Legacy Survey do Hubble Deep UV (HDUV), um catálogo que inclui 15.000 galáxias no chamado "meio-dia cósmico", quando a formação estelar do universo atingiu seu pico. Sem surpresa, quase todas essas galáxias (12.000) estão repletas de novas estrelas. A pesquisa ajudará os astrônomos a entender a formação de estrelas e a evolução das galáxias de volta ao início dos tempos. É também uma imagem cativante por si só. Pascal Oesch (Universidade de Genebra, Suíça) e seus colegas publicaram o catálogo na edição de julho do periódico Astrophysical Journal Supplement Series .
Cerca de 15.000 galáxias aparecem nesta imagem ultravioleta, a maioria delas em "meio-dia cósmico", quando a formação estelar do universo atingiu seu pico. NASA / ESA / P. Oesch (Univ. De Genebra) e M. Montes (Univ. De Nova Gales do Sul)

Novas estrelas emitem principalmente radiação ultravioleta. Mas a expansão do espaço estende o comprimento de onda da luz proveniente de galáxias distantes no amanhecer cósmico. O que antes era radiação ultravioleta recai sobre detectores em comprimentos de onda infravermelhos. Até agora, os astrônomos não eram capazes de interpretar facilmente essas emissões infravermelhas, porque apenas alguns estudos ultravioletas profundos haviam sido tentados para galáxias relativamente próximas. O Levantamento Legado HDUV resolve esse problema, dando aos astrônomos as informações de amplo espectro que eles precisam para entender a formação de estrelas em seu pico.
Vendo a galáxia espiral M74 em uma nova luz
Falando de formação de estrelas, uma nova imagem fascinante mostra como a formação de estrelas continua na galáxia M74. Kathryn Kreckel (Instituto Max Planck de Astronomia, Alemanha) e seus colegas imaginaram a espiral próxima usando o Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA) e o instrumento MUSE no Very Large Telescope.
Como as imagens são capazes de resolver detalhes menores que 200 anos-luz, as duas imagens juntas (sobrepostas abaixo da direita) mostram exatamente como as estrelas se formam nos braços espirais da galáxia. O ALMA traça emissão de comprimento de onda milimétrico a partir dos reservatórios de gás frio que se alimentam formando estrelas (azul à direita abaixo), enquanto o MUSE rastreia a emissão de hidrogênio-alfa que vem da própria formação de estrelas (amarelo à direita abaixo).
Compare esta imagem óptica da galáxia espiral M74 (esquerda) com a vista à direita criada com as imagens ALMA (azul) e MUSE (laranja) sobrepostas para mostrar onde as estrelas estão se formando em M74. À esquerda: Adam Block / Mount Lemmon SkyCenter / Univ. do Arizona / Wikimedia Commons ; Direita: Kreckel e outros, Astrophysical Journal Letters , 20 de agosto de 2018

Os padrões espirais vistos em milímetros e comprimentos de onda visíveis não se rotacionam; em vez disso, eles traçam a evolução da onda de formação de estrelas que passa pelo disco da galáxia. A espiral de cor azul mostra os primeiros estágios da formação de estrelas, enquanto a espiral de cor laranja mostra as estrelas recém-formadas.
Fonte: https://www.skyandtelescope.com
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