24 de setembro de 2018

10 realidades bizarras da vida no fim do universo

Nosso universo vai morrer, sem dúvida. Um dos modelos mais aceitos do fim do universo é a expansão eterna e eventual morte por entropia. À medida que o universo continua a se expandir, a entropia aumenta até que tudo que sabemos tenha desaparecido. Mas como é a vida quando o fim se aproxima? Essa questão deu origem a idéias fascinantes sobre o universo e a própria vida.

10. sem estrelas visíveis da Terra
Em 150 bilhões de anos, o céu noturno da Terra parecerá muito diferente. À medida que o universo se aproxima de sua morte térmica, o próprio espaço começará a se expandir mais rápido que a velocidade da luz. Muitos de nós estão cientes da idéia de que a velocidade da luz é um limite rígido na velocidade de um objeto no universo. No entanto, isso se aplica apenas aos objetos que estão no espaço, não ao tecido do próprio espaço-tempo. Este é um conceito difícil de envolver nossa mente, mas o tecido do espaço-tempo já está se expandindo mais rápido que a luz. E no futuro distante, terá implicações estranhas.
Como o espaço em si está se expandindo mais rápido que a luz, existe um horizonte cosmológico. Qualquer objeto além do horizonte exigiria que pudéssemos observar e registrar detectando partículas viajando mais rápido que a luz. Mas essa partícula não existe. Uma vez que os objetos passam além do nosso horizonte cosmológico, eles são inacessíveis para nós. Qualquer tentativa de contatar ou interagir com galáxias distantes além do horizonte exige que tenhamos uma tecnologia capaz de viajar mais rápido que a própria expansão do espaço. Neste momento, apenas alguns objetos estão fora do nosso horizonte cosmológico. Mas à medida que a energia escura acelera a expansão, tudo cairá além desse limite de observação .
O que isso significa para a Terra? Imagine olhar para o céu noturno em 150 bilhões de anos. As únicas coisas visíveis serão algumas estrelas dispersas que estão dentro do horizonte cosmológico. Eventualmente, até mesmo aqueles vão embora. O céu noturno ficará completamente em branco. Um astrônomo no futuro não terá provas de que existe outro objeto no universo. Todas as estrelas e galáxias que vemos agora estarão completamente fora do alcance do telescópio. Para todos nós poderíamos ver, nosso sistema solar seria a única coisa que restaria em nosso universo.
9. Nosso Sol Torna-se Um Anão Negro
Neste momento, o nosso universo tem muitos tipos diferentes de estrelas. Anãs vermelhas - estrelas frias que emitem luz vermelha - estão entre as mais comuns. Anãs brancas semanticamente relacionadas também preenchem o universo. Estes são remanescentes estelares de estrelas mortas, feitas de matéria degenerada, que são mantidos juntos por efeitos quânticos. Atualmente, os astrônomos consideram as anãs brancas essencialmente infinitas. O universo não é velho o suficiente para eles terem morrido. Mas dado tempo suficiente, até mesmo eles vão morrer e se tornar estrelas exóticas chamadas anãs negras.
Nosso Sol está nesse caminho. Em um futuro distante, nosso Sol irá ejetar suas camadas externas e se transformar em uma estrela anã branca, permanecendo nesse estado por bilhões de anos. Enquanto o universo desce, a anã branca que era o nosso Sol vai começar a esfriar. Depois de 10 100 anos, ele esfriará até que sua temperatura seja igual à radiação de microondas de fundo, apenas alguns graus Kelvin acima do zero absoluto.
Quando isso acontecer, será uma anã negra. Como este tipo de estrela é tão frio, é invisível ao olho humano . Assim, qualquer um que tente encontrar o Sol que costumava nos dar vida achará impossível ver com sistemas ópticos. Em vez disso, eles terão que confiar na detecção de seus efeitos gravitacionais. A maioria das estrelas que vemos no céu noturno se tornarão anãs negras, mas saber que nosso Sol quente irá se transformar em um remanescente estelar escuro e frio é um pouco mais pessoal.
8. estrelas estranhas
Quando o nosso Sol se tornar uma anã negra, a evolução estelar estará terminada. Nenhuma nova estrela se formará. Em vez disso, o universo se encherá de restos frios das estrelas. Isso permitirá que o universo comece a desenvolver algumas estrelas estranhas que são bem diferentes daquilo que conhecemos.
Uma é a estrela congelada. À medida que as estrelas do universo queimam seu combustível nuclear, elas aumentam sua metalicidade. Na astronomia, esta é a medida dos elementos de uma estrela que são mais pesados ​​que o hélio - basicamente todos os elementos do lítio. À medida que a metalicidade das estrelas aumenta, elas ficam mais frias porque os elementos mais pesados ​​liberam menos energia da fusão. Eventualmente, as estrelas ficarão tão frias que terão uma temperatura de 273 Kelvin, o ponto de congelamento da água.
Saltando para o futuro distante, uma estrela ainda mais estranha surgirá. Aproximadamente 10 1500 anos no futuro, a entropia terá seu caminho e o universo estará essencialmente morto. Neste tempo frio, os efeitos quânticos governarão o universo.
O tunelamento quântico começará então a permitir que os elementos leves se fundam em uma forma instável de ferro . Isso então decairá em um isótopo mais estável, emitindo quantidades fracas de energia. Essas chamadas estrelas de ferro serão a única forma de estrela possível naquele tempo. No entanto, eles só ocorrem em modelos onde os astrônomos não acreditam que os prótons vão decair, então eles não são uma idéia dominante.
7. Todos os Núcleos Decaem
Avanço rápido de 10 15 anos após o Big Bang para 10 34 anos. Se a raça humana não estiver morta até lá, certamente não sobreviveremos a essa época. Como mencionado acima, os astrônomos discutem constantemente se o decaimento do próton ocorrerá no final do universo. Para nossos propósitos, seguiremos este modelo.
Nucleons são o nome dado às partículas - prótons e nêutrons - dentro de um núcleo atômico. Sabe-se que os nêutrons livres decaem com uma meia-vida de cerca de 10 minutos. Mas os prótons são incrivelmente estáveis. Ninguém observou evidências de que eles decaem. Isso vai mudar no final do universo.
Físicos propuseram que um próton tem uma meia-vida de 10 a 37 anos. Nós não os observamos decaindo simplesmente porque o universo não tem idade suficiente. Entrando na Era Degenerada (10 34 anos a 10 40 ), os prótons finalmente começarão a decair em pósitrons e pions. No final da Era Degenerada, todos os prótons e nêutrons do universo desaparecerão.
Isso tem implicações óbvias para a vida no universo. Assumindo que a raça humana tenha sobrevivido ao Sol mudando e tenha migrado para partes do universo que promovem a vida, este é o ponto em que as leis da física ditam a morte da raça humana. Nossos corpos e todos os objetos interestelares são feitos de núcleons. Quando esses decair, toda a vida como a conhecemos terminará porque os átomos do nosso corpo não podem existir. A vida não pode sobreviver a esse ponto e o universo mergulhará na era dos buracos negros.
6. buracos negros dominam o universo
Quando os núcleons desaparecem, os buracos negros finalmente dominam o universo de 10 a 40 anos após o Big Bang a 10 a 100 anos. Neste ponto, estamos falando de tempos tão longos que é impossível que nossas mentes se envolvam com eles. Mas por um período mais longo do que o universo existiu até agora, as únicas estruturas de que falarão serão os buracos negros.
Com os núcleons eliminados, as principais partículas subatômicas serão léptons, como elétrons e pósitrons. Estes são o que irá alimentar os buracos negros. À medida que consomem a matéria restante no universo, os buracos negros irradiarão partículas por conta própria, que reabastecerão o universo com fótons e hipotéticos gravitons. No entanto, como Steven Hawking provou, até os buracos negros vão acabar.
Segundo Hawking, os buracos negros evaporam devido à sua radiação. Enquanto continuam a irradiar, eles perdem massa na forma de energia. Esse processo leva muito tempo, e é por isso que parece tão estranho para nós. Demora 10 60 anos para os buracos negros evaporarem totalmente, então este processo não ocorreu durante a vida do nosso universo. Mas eventualmente, até mesmo os buracos negros irão embora. Seus únicos remanescentes serão uma variedade de partículas sem massa e alguns léptons dispersos que interagirão quando lentamente começarem a perder sua energia.
5. Um novo tipo de formas de átomo
Depois que nosso universo se transformou em algumas partículas subatômicas dispersas, parece que não haverá muito o que falar. Mas a vida pode emergir nesses lugares mais improváveis.
Durante anos, os pesquisadores de partículas falaram sobre o positrônio, uma ligação de átomo e elétron. Essas duas partículas têm cargas opostas uma da outra. (O pósitron é a antipartícula do elétron.) Isso significa que eles serão atraídos eletromagneticamente enquanto tentam se mover em direção um ao outro. Quando um par dessas partículas começa a interagir, elas podem desenvolver órbitas rudimentares e se comportar como os átomos que conhecemos.
Como o positronium é raro, não existe um modelo completo de "química" de positrônio. Mas algumas coisas interessantes vêm desses "átomos" estranhos. Primeiro, eles podem existir com órbitas extremamente grandes, abrangendo distâncias interestelares. Enquanto as duas partículas estiverem interagindo, elas podem formar um par, independentemente das distâncias.
Durante a Era do Buraco Negro, alguns desses “átomos” terão diâmetros que se estendem a uma distância maior do que o nosso universo observável atual. Como são feitos de léptons, os átomos de positrônio sobreviverão ao decaimento do próton e durarão até a Era do Buraco Negro. De fato, os buracos negros criarão os átomos de positrônio através da radiação. Mesmo eles decairão com tempo suficiente, com o par elétron-pósitron em espiral cada vez mais perto da aniquilação mútua . Mas antes disso, o universo pode produzir vida de uma maneira que nunca vimos.
4.Tudo Acontece Extremamente Lentamente, Incluindo o Pensamento
À medida que a Era do Buraco Negro chega ao fim e até mesmo esses gigantes estelares desaparecem na escuridão, restarão apenas algumas coisas em nosso universo, principalmente partículas subatômicas difusas e os demais átomos de positrônio. Quando isso acontece, tudo no universo ocorrerá de forma extremamente lenta, com cada ação durando milhares de anos. De acordo com alguns físicos teóricos, principalmente Freeman Dyson, a vida pode se repetir em nosso universo durante este período.
Dada a imensa quantidade de tempo, a evolução orgânica poderia começar a se desenvolver entre o positrônio. Os seres que emergem seriam muito diferentes de tudo que vimos. Por exemplo, seriam enormes, abrangendo distâncias interestelares. Como não haverá muito mais no universo, eles terão todo o espaço que quiserem. Mas como essas formas de vida serão tão grandes, elas pensarão em taxas exponencialmente mais lentas do que nós. De fato, formar pensamentos únicos para essas criaturas poderia levar trilhões de anos .
Isso parece loucura para nós, mas uma vez que essas criaturas existirão em enormes escalas de tempo, o pensamento pareceria instantâneo para elas. Se essas criaturas evoluíssem durante a liquidação do universo, não haveria como pensar mais rápido do que você imagina mais rápido do que você já pensa. Para os seres no fim do universo, o “pensamento espontâneo” estará em enormes escalas de tempo, mas apenas de acordo com a gente. Todas essas criaturas vão acreditar que estão pensando instantaneamente. Esses seres existirão por enormes quantidades de tempo, observando o universo desmoronar ao redor deles. Mesmo assim, eles acabarão por entrar em colapso.
3. Não mais 'macro-física'
Nesse ponto, o universo terá atingido um estado de entropia quase máxima, significando que será apenas um campo de energia uniforme e algumas partículas subatômicas. Isso será após a Era do Buraco Negro, expandindo-se profundamente no tempo passado 10 100 anos no futuro. Neste ponto, o espaço terá se expandido tanto e a energia escura será tão poderosa que até os buracos negros deixarão de existir e o universo não terá mais nenhum objeto estelar massivo.
É difícil imaginar um universo como esse. A expansão terá sido tão pronunciada neste ponto que as estrelas como as conhecemos não mais se formarão porque as partículas subatômicas que formam a matéria terão sido empurradas tão longe uma da outra que não poderão interagir sem viajar mais rápido que a luz. . Tudo o que vai existir são algumas partículas dispersas que flutuarão ao redor do cosmo vazio, nem mesmo capazes de interagir para formar átomos de positrônio.
Isso significa que a física como a conhecemos estará terminada. Os únicos modelos físicos que serão aplicados serão a mecânica quântica. Efeitos quânticos ocorrerão ao longo de vastas distâncias interestelares e sobre enormes prazos, algo que é completamente oposto ao modo como vemos o universo agora. Eventualmente, a temperatura geral do universo cairá a zero absoluto , significando que não haverá energia que possa converter em trabalho. Em alguns modelos, a expansão do espaço ainda irá acelerar, acabando por separar o espaço-tempo. Nesse ponto, nosso universo deixará de existir.
2.pode haver uma saída
Até agora, nossa jornada até o fim do universo tem sido uma série crescente de eventos sombrios e deprimentes. Mas os físicos não são nada se não otimistas e propuseram maneiras para a raça humana sobreviver ao fim dos tempos e até mesmo começar nosso universo novamente.
A maior possibilidade de escapar do nosso universo de máxima entropia é usar buracos negros antes que a queda de prótons torne a vida impossível. Buracos negros ainda são grandes mistérios, e teóricos como Steven Hawking propuseram o uso desses objetos massivos para chegar a novos universos.
A teoria moderna sugere que universos-bolha brotam constantemente dos nossos, formando novos universos inteiros com a matéria e com a possibilidade de vida. Hawking acredita que os buracos negros podem conter as passagens para esses novos universos. Existe apenas um problema. Depois de passar o limite de um buraco negro, você não pode voltar atrás. Esta é uma ideia bem conhecida em física. Então, se a raça humana decidisse viajar para um buraco negro, seria uma viagem só de ida .
Primeiro, eles teriam que encontrar um buraco negro giratório suficientemente massivo para sobreviver à viagem através do horizonte de eventos. (Ao contrário da crença popular, buracos negros maciços são realmente mais seguros para se percorrer.) Então, os futuros viajantes do espaço teriam que esperar que a viagem os deixasse inteiros, mas nunca poderiam se comunicar com seus amigos do outro lado do buraco negro. para dizer-lhes que eles fizeram isso. Cada viagem se tornaria um salto de fé.
Mas há uma maneira de garantir que um novo universo esteja esperando por nós do outro lado. De acordo com Alan Guth, um novo universo bebê só precisa de 10 89 fótons, 10 89 elétrons, 10 89 positrons, 10 89 neutrinos, 10 89 antineutrinos, 10 79prótons e 10 79 nêutrons para começar. Isso pode parecer muito, mas apenas soma alguns gramas de material.
Então os humanos do futuro poderiam produzir um falso vácuo - que é uma área do espaço que tem o potencial de expansão - criado por um campo gravitacional super-esticado. No futuro distante, os humanos poderiam adquirir a tecnologia para criar um falso vácuo e iniciar seu próprio universo. Como a inflação inicial do universo acontece em uma fração de segundo, o novo universo se expandiria quase que instantaneamente, criando um novo lar para a raça humana viver. Um rápido salto através de um buraco de minhoca e encontraríamos um universo seguro para continuar. nossa raça.
1.tunelamento quântico aleatório pode começar tudo de novo
Mas e o universo que deixamos para trás? Ao longo de uma enorme quantidade de tempo, finalmente alcançaria a entropia máxima, tornando-se completamente inabitável. No entanto, mesmo neste universo morto, há uma chance de a vida se repetir. Pesquisadores da mecânica quântica conhecem um efeito quântico chamado tunelamento quântico. É quando uma partícula subatômica é capaz de atingir um estado de energia que não é classicamente possível.
Na mecânica clássica, por exemplo, uma bola não pode começar a subir uma colina espontaneamente. Esse é um estado de energia proibido. As partículas subatômicas também proibiram os estados de energia na mecânica clássica, mas a mecânica quântica transforma tudo isso em sua cabeça. Às vezes, partículas podem "escavar" esses estados de energia.
Este processo já ocorre nas estrelas. Mas quando aplicado ao fim do universo, surge uma possibilidade ímpar. Partículas na mecânica estatística clássica não podem ir de um estado de entropia superior para um mais baixo. Mas com o tunelamento quântico, eles podem e irão. Os físicos Sean Carroll e Jennifer Chen propuseram a idéia de que, dado tempo suficiente, o tunelamento quântico poderia diminuir espontaneamente a entropia no universo morto, fazendo com que um novo Big Bang ocorresse e recomeçando o universo. Não prenda a respiração esperando por isso. Uma diminuição da entropia espontânea levaria 10 10 10 56 anos para ocorrer.
Outra teoria pode nos dar esperança para um novo universo - este vindo da matemática. Em 1890, Henri Poincaré publicou seu teorema de recorrência, que afirma que, dado um período extremamente longo de tempo, todos os sistemas retornam a um estado muito próximo de seu estado inicial. Isso pode se aplicar à termodinâmica, onde flutuações térmicas aleatórias no universo de alta entropia fazem com que ele retorne a um estado inicial, iniciando tudo de novo. Depois de eras de tempo, nosso universo poderia se formar novamente e seres futuros que vivem nele não teriam idéia de que eles vieram do universo que conhecemos.
Fonte: http://listverse.com

Pela primeira vez matéria é detectada sendo sugada para dentro de um buraco negro


Os astrônomos relatam a primeira detecção de matéria caindo em um buraco negro a 30% da velocidade da luz, localizada no centro da distante galáxia PG211 + 143, a bilhões de anos-luz da Terra. A equipe usou dados do observatório de raios-X da Agência Espacial Européia, XMM-Newton, para observar o buraco negro.

Os buracos negros são objetos com campos gravitacionais tão fortes que nem a luz viaja com rapidez suficiente para escapar de seu alcance, daí a descrição “negra”. Eles são extremamente importantes na astronomia porque oferecem a maneira mais eficiente de extrair energia da matéria. Como resultado direto, o acúmulo de gás em buracos negros deve estar alimentando os fenômenos mais energéticos do Universo.

O centro de quase todas as galáxias – como a nossa Via Láctea – contém um buraco negro supermassivo, com massas de milhões a bilhões de vezes a massa do nosso Sol. Com matéria suficiente caindo no buraco, eles podem se tornar extremamente luminosos, e são vistos como um quasar ou núcleo galáctico ativo (AGN na sigla em inglês).

No entanto, os buracos negros são tão compactos que o gás está quase sempre girando demais para cair no centro. Em vez disso, ele orbita o buraco, aproximando-se gradualmente através de um disco de acreção – uma sequência de órbitas circulares de tamanho decrescente. À medida que o gás espirala para dentro, ele se move mais e mais rápido e se torna quente e luminoso, transformando a energia gravitacional na radiação que os astrônomos observam.

Acredita-se que a órbita do gás ao redor do buraco negro esteja alinhada com a rotação do buraco negro, mas não há razão para que isso aconteça. De fato, a razão pela qual temos verão e inverno é que a rotação diária da Terra não se alinha com sua órbita anual ao redor do Sol.

Até agora, não ficou claro como a rotação desalinhada pode afetar a queda do gás. Isto é particularmente relevante para a alimentação de buracos negros supermassivos, uma vez que a matéria (nuvens de gás interestelar ou mesmo estrelas isoladas) pode cair de qualquer direção.

Usando dados do telescópio XMM-Newton, o professor Pounds e seus colaboradores analisaram os espectros de raios X (onde os raios X são dispersos por comprimento de onda) da galáxia PG211 + 143. Este objeto está a mais de um bilhão de anos-luz de distância na direção da constelação Coma Berenices, e é uma galáxia Seyfert, caracterizada por um AGN muito brilhante resultante da presença do enorme buraco negro em seu núcleo.

Os pesquisadores descobriram que os espectros são fortemente desviados para o vermelho, mostrando a matéria observada caindo no buraco negro na enorme velocidade de 30% da velocidade da luz, ou cerca de 100.000 quilômetros por segundo. O gás quase não tem rotação ao redor do buraco, e é detectado extremamente próximo a ele em termos astronômicos, a uma distância de apenas 20 vezes o tamanho do buraco (seu horizonte de eventos, o limite da região onde a fuga não é mais possível).

A observação concorda estreitamente com o trabalho teórico recente, também em Leicester e usando a instalação de supercomputador Dirac, do Reino Unido, simulando o ‘rasgo’ de discos de acreção desalinhados. Este trabalho mostrou que anéis de gás podem se romper e colidir uns com os outros, cancelando sua rotação e deixando o gás cair diretamente em direção ao buraco negro.

O professor Pounds, do Departamento de Física e Astronomia da Universidade de Leicester, disse: “A galáxia que estávamos observando com o XMM-Newton tem um buraco negro de 40 milhões de massa solar que é muito brilhante e sem dúvida bem alimentado. Naturalmente, há 15 anos detectamos um vento poderoso que indicava que o buraco estava sendo alimentado em excesso. Embora esses ventos agora sejam encontrados em muitas galáxias ativas, a PG1211 + 143 produziu outro “primeiro”, com a detecção de matéria mergulhando diretamente no próprio buraco.”

Ele continua: “Fomos capazes de seguir um pedaço de matéria do tamanho da Terra por cerca de um dia, até que foi sugado para o buraco negro, acelerando a um terço da velocidade da luz antes de ser engolido”.

Uma implicação adicional da nova pesquisa é que a “acresção caótica” de discos desalinhados é comum em buracos negros supermassivos. Tais buracos negros girariam lentamente, podendo aceitar muito mais gás e crescer suas massas mais rapidamente do que se acreditava, fornecendo uma explicação para por que buracos negros que se formaram no Universo primitivo rapidamente ganharam massas muito grandes.
Fonte: http://socientifica.com.br

Astrofísicos medem padrões de rotação precisos de estrelas semelhantes ao Sol pela primeira vez

Estrelas parecidas com o Sol têm um movimento de rotação que é duas vezes e meia mais rápido no equador do que nas suas altas latitudes, uma descoberta feita por pesquisadores da NYU Abu Dhabi desafia a ciência sobre como as estrelas giram. Até agora, pouco era conhecido sobre os padrões de rotação de forma precisa de estrelas parecidas com o Sol, a única coisa que se sabia era que no equador as estrelas giram mais rapidamente do que nas altas latitudes, da mesma forma que o Sol.

Os cientistas na NYU Abu Dhabi Center for Space Science usaram observações feitas pela missão Kepler, e também a asterosismologia, ou seja, o estudo das ondas sonoras que atravessam as estrelas, para determinar com precisão como é o movimento de rotação de estrelas parecidas com o Sol, de um modo que nenhum outro método científico foi capaz de determinar até agora.

O estudo descobriu que estrelas parecidas com o Sol, caracterizadas assim por terem a mesma massa e idade do Sol, de fato giram de maneira similar ao Sol, nas regiões equatoriais, de forma mais rápida do que nas altas e médias latitudes. Mas existe uma diferença fundamental. O equador do Sol gira, cerca de 10% mais rápido que suas latitudes intermediárias, enquanto que em estrelas parecidas com o Sol a rotação no equador é cerca de 2 vezes e meia mais rápida.

“Isso é inesperado, e desafia as atuais simulações numéricas, que sugerem que as estrelas como essas não seriam capazes de sustentar uma diferença rotacional dessa magnitude”, disse Othman Benomar, pesquisador associado na NYU Abu Dhabi Center for Space Science e liderou o estudo publicado na revista Science.

“Entender essa diferença na rotação, ou seja, como partes da estrelas giram mais rápida que outras, não é só importante para se entender de forma completa como as estrelas funcionam, isso irá ajudar a ter um conhecimento profundo sobre os campo magnéticos das estrelas”, explicou Katepalli Sreenvivasan, principal pesquisador da NYU Abu Dhabi Center for Space Science.

Os campos magnéticos no Sol têm sido conhecidos por causar as enormes tempestades solares que frequentemente perturbam os satélites no espaço e que podem até mesmo causar problemas nas malhas energéticas na Terra. Os cientistas concordam que a rotação do Sol tem um papel crucial na geração do campo magnético solar, mas os detalhes exatos ainda permanecem um mistério, apesar do Sol ter sido observado e estudo em grande detalhe.

Sreenivasan adicionou, “aprender mais sobre como as estrelas giram e geram seus campos magnéticos poderia nos ajudar a entender mais sobre o dínamo solar, o processo físico que gera o campo magnético do Sol”. 
Fonte: https://phys.org
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