5 de abril de 2019

A viagem ao espaço interestelar

Ilustração da sonda Voyager da NASA, realçando o seu instrumento MAG.Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA/JPL/Mary Pat Hrybyk-Keith

As sondas Voyager 1 e Voyager 2 encontram-se num local que muitos nunca pensaram alcançar. Agora no espaço interestelar, estão a empurrar os limites da exploração, viajando através da vizinhança cósmica, dando-nos o nosso primeiro olhar direto do espaço para lá da nossa estrela.

Mas quando foram lançadas em 1977, a Voyager 1 a Voyager 2 tinham uma missão diferente: explorar o Sistema Solar exterior e recolher observações diretamente na fonte, dos planetas exteriores que só tínhamos visto antes com estudos remotos. Mas agora, quatro décadas após o lançamento, viajaram mais longe do que qualquer outra nave da Terra; para o mundo frio e silencioso do espaço interestelar.

Originalmente construídos para medir as propriedades dos planetas gigantes, os instrumentos de ambas as sondas passaram as últimas décadas pintando uma imagem da propagação dos eventos solares da nossa estrela-mãe. E a nova missão das Voyager foca-se não apenas nos efeitos do espaço a partir de dentro da nossa heliosfera - a bolha gigante em torno do Sol repleta de fluxos constantes de partículas solares a que chamamos vento solar - como a partir de fora. Embora já tenham ajudado a olhar mais de perto os planetas e a sua relação com o Sol, agora fornecem-nos pistas sobre a natureza do espaço interestelar enquanto continuam a sua jornada.

O ambiente que exploram é mais frio, subtil e mais ténue do que nunca, e ainda assim as Voyager continuam explorando e medindo o meio interestelar, uma miscelânea de gás, plasma e partículas das estrelas e regiões de gás que não são originárias do nosso Sistema. Três dos dez instrumentos das naves são os principais atores que estudam como o espaço dentro da heliosfera difere do espaço interestelar. A conjunção destes dados permite que os cientistas juntem a melhor imagem da fronteira da heliosfera e do meio interestelar. Aqui ficam as histórias que contam.

O Magnetómetro

Durante a primeira missão planetária das Voyagers, o instrumento MAG (Magnetometer) foi usado para investigar as magnetosferas dos planetas e das suas luas, determinando a mecânica física e os processos das interações desses campos magnéticos e do vento solar. Depois do fim dessa missão, as Voyager estudaram o campo magnético da heliosfera e além, observando o alcance magnético do Sol e as mudanças que ocorrem dentro desse alcance durante a atividade solar.

A recolha de dados magnéticos à medida que viajamos para o espaço requer um truque interessante. As Voyager giram em torno de si próprias, numa manobra de calibração que permite que as sondas diferenciem entre o seu campo magnético - que acompanha a sua rotação - e os campos magnéticos do espaço que atravessam.

A observação inicial do campo magnético para lá da influência do Sol ocorreu quando a Voyager 1 atravessou a heliopausa em 2012. Os cientistas viram que, dentro da heliosfera, a força do campo magnético era bastante variável, mudando e saltando à medida que a Voyager 1 se movia pela heliosfera. Essas mudanças devem-se à atividade solar. Mas assim que a Voyager 1 cruzou para o espaço interestelar, essa variabilidade cessou. Embora a força do campo fosse semelhante à que estava dentro da heliosfera, já não possuía a variabilidade associada com os surtos do Sol.

O gráfico 1 mostra a magnitude, ou força, do campo magnético em redor da heliopausa de janeiro de 2012 até maio de 2014. Antes de encontrar a heliopausa, marcada pela linha laranja, a força do campo magnético flutua bastante. Depois de uma difícil viagem pela heliopausa em 2012, a força magnética para de flutuar e começa a estabilizar-se em 2013, assim que a sonda percorre o suficiente para o meio interestelar.

Em novembro de 2018, a Voyager 2 também atravessou a heliopausa e, da mesma forma, teve uma viagem atribulada pela heliopausa. Os cientistas estão ansiosos por ver como a sua jornada difere da sua irmã gémea.

O Subsistema de Raios Cósmicos

Tal como o MAG, o CRS (Cosmic Ray Subsystem) foi originalmente construído para medir sistemas planetários. O CRS concentrou-se nas composições das partículas energéticas nas magnetosferas de Júpiter, Saturno, Úrano e Neptuno. Os cientistas usaram-no para estudar as partículas carregadas dentro do Sistema Solar e a sua distribuição entre os planetas. No entanto, desde que passou pelos planetas que o CRS tem vindo a estudar as partículas carregadas da heliosfera e - agora - as partículas no meio interestelar.

O CRS conta quantas partículas deteta por segundo. Fá-lo usando dois telescópios: o HET (High Energy Telescope), que mede partículas de alta energia (70 MeV) identificáveis como partículas interestelares, e o LET (Low Energy Telescope), que mede partículas de baixa energia (5 MeV) originárias do nosso Sol. Podemos pensar nestas partículas como uma bola de bowling que derruba pinos vs. uma bala que atinge os mesmos pinos - ambos provocam um impacto mensurável no detetor, mas movem-se a velocidades muito diferentes. Ao medir as quantidades dos dois tipos de partículas, as Voyager podem fornecer uma noção do ambiente espacial pelo qual estão a passar.

O gráfico 2 mostra a contagem - quantas partículas por segundo estão a interagir com o CRS, em média, todos os dias - de partículas de raios galácticos medidas pelo HET (topo) e de partículas heliosféricas medidas pelo LET (baixo). A linha vermelha mostra os dados da Voyager 1, "adiantadas" 6,32 anos a partir de 2012 para coincidir com os dados da Voyager de meados de novembro de 2018, mostrados a azul.

Os dados do CRS da Voyager 2 de dia 5 de novembro de 2018 mostram uma contagem de partículas interestelares do HET que aumenta para valores parecidos aos que a Voyager 1 viu, depois nivelando. Similarmente, o LET mostra uma séria diminuição nas partículas originárias da heliosfera. Esta foi uma evidência chave de que a Voyager 2 havia atravessado para o espaço interestelar. Os cientistas podem continuar a observar estas contagens para ver se a composição das partículas do espaço interestelar muda ao longo da viagem.

O Instrumento de Plasma

O PLS (Plasma Science Instrument) foi desenhado para medir plasma e partículas ionizadas em redor dos planetas exteriores e para medir a influência do vento solar nesses planetas. O PLS é composto por quatro copos de Faraday, um instrumento que mede o plasma à medida que passa pelos copos e calcula a velocidade, direção e densidade do plasma.

O instrumento de plasma da Voyager 1 foi danificado durante a passagem rasante por Saturno e teve que ser desligado muito antes que a Voyager 1 saísse da heliosfera, tornando-a incapaz de medir as propriedades do plasma do meio interestelar. Com o cruzamento da Voyager 2, os cientistas receberão as primeiras medições de plasma do meio interestelar.

Os cientistas previram que o plasma interestelar medido pela Voyager 2 seria maior em densidade, mas menor em temperatura e velocidades do que o plasma dentro da heliosfera. E em novembro de 2018, o instrumento viu exatamente isso pela primeira vez. Isto sugere que o plasma nesta região está a ficar cada vez mais frio e, tal como carros que desaceleram numa autoestrada, começa a acumular-se em torno da heliopausa e no meio interestelar.

E agora, graças ao PLS da Voyager 2, temos uma perspetiva nunca antes vista da nossa heliosfera: a velocidade do plasma desde a Terra até à heliopausa.

O terceiro gráfico conta uma história incrível resumindo uma viagem de 42 anos. A secção de topo mostra a velocidade do plasma, isto é, quão depressa se move pela heliosfera, contra a distância à Terra. A distância encontra-se em unidades astronómicas; uma unidade astronómica é a distância média entre o Sol e a Terra, cerca de 150 milhões de quilómetros. Para contexto, Saturno está a 10 UA da Terra, enquanto Plutão está a 40 UA.

O cruzamento da heliopausa ocorreu a 120 UA, quando a velocidade do plasma oriundo do Sol cai para zero (visto no gráfico de cima) e o fluxo do plasma para fora é desviado - visto no aumento nos dois gráficos de baixo, que mostram as velocidades para cima e para baixo (a velocidade normal, gráfico do meio) e a velocidade lateral do vento solar (velocidade tangencial, gráfico inferior) do plasma do vento solar, respetivamente. Isto significa que quando o vento solar começa a interagir com o meio interestelar, é empurrado para fora e para longe, como uma onda que bate num penhasco.

Olhando para cada instrumento isoladamente, no entanto, não conta a história completa do aspeto do espaço interestelar e da heliopausa. Juntos, estes instrumentos contam uma história da transição do espaço ativo e turbulento dentro da influência do nosso Sol para as águas relativamente calmas à beira do espaço interestelar.

O MAG mostra que a força do campo magnético diminui acentuadamente no meio interestelar. Os dados do CRS mostram um aumento nos raios cósmicos interestelares e uma diminuição nas partículas heliosféricas. E, finalmente, o PLS mostra que já não existe vento solar detetável.

Agora que as sondas Voyager estão para lá da heliosfera, a sua nova perspetiva fornecerá novas informações sobre a formação e estado do nosso Sol e como interage com o espaço interestelar, juntamente com a perceção de como outras estrelas interagem com o meio interestelar.

A Voyager 1 e a Voyager 2 estão a fornecer o nosso primeiro olhar do espaço que teremos que atravessar se a humanidade viajar para lá da nossa estrela-mãe - um vislumbre da nossa vizinhança no espaço.
Fonte: Astronomia OnLine

VLA faz primeira imagem direta das poderosas galáxias de radio


Impressão de artista do objeto poeirento, em forma de donut, em redor do buraco negro supermassivo, do disco de material que orbita o buraco negro, e dos jatos de material ejetados pelo disco no centro de uma galáxia. ver versão sem Crédito: Bill Saxton, NRAO/AUI/NSF

Os astrónomos usaram o VLA ( Karl G. Jansky Very Large Array ) da NSF ( National Science Foundation ) para fazer a primeira imagem direta de uma característica empoeirada, com a forma de um donut, em torno de um buraco negro supermassivo no núcleo de uma das mais poderosas galáxias rádio do Universo - uma característica pela primeira vez postulada pelos teóricos há quase quatro décadas como parte essencial de tais objetos. Os cientistas estudaram Cygnus A, uma galáxia a cerca de 760 milhões de anos - luz da Terra.

A galáxia abriga um buraco negro no seu núcleo que é 2,5 mil milhões de vezes mais massivo que o Sol. À medida que a poderosa atração gravitacional do buraco negro atrai material circundante, também impulsiona jatos supervelozes de material que viajam para fora quase à velocidade da luz, produzindo " lóbulos " espetaculares e brilhantes de emissão rádio. Os " motores centrais " movidos a buracos negros que produzem emissões brilhantes em vários comprimentos de onda, e jatos que se estendem muito além da galáxia, são comuns nestes " universo - ilha ", mas mostram propriedades diferentes quando observados.

Essas diferenças levaram a uma variedade de nomes, como quasares, blazares ou galáxias Seyfert. Para explicar as diferenças, os teóricos construíram um " modelo unificado " com um conjunto comum de características que mostrariam propriedades diferentes dependendo do ângulo a partir do qual são observados. O modelo unificado inclui o buraco negro central, um disco giratório de material em queda e em redor do buraco negro e os jatos que se deslocam para fora dos polos do disco.

Além disso, para explicar por que o mesmo tipo de objeto parece diferente quando visto de ângulos diferentes, é incluído um " toro " espesso, empoeirado e em forma de donut, rodeando as regiões interiores. O toro obscurece algumas características quando visto de lado, levando a diferenças aparentes para o observador, mesmo para objetos intrinsecamente similares. Os astrónomos geralmente denominam este conjunto comum de características de núcleo galáctico ativo ( NGA ).

" O toro é uma parte essencial do fenómeno dos NGAs e existem evidências de tais estruturas em NGAs próximos e de baixa luminosidade, mas nunca antes tínhamos visto um, diretamente, numa galáxia rádio tão brilhante, " disse Chris Carilli, do NRAO ( National Radio Astronomy Observatory ). " O toro ajuda a explicar porque objetos conhecidos por nomes diferentes são, na verdade, a mesma coisa, apenas observados de uma perspetiva diferente, " acrescentou. 

Na década de 1950, os astrónomos descobriram objetos que emitiam fortes ondas de rádio, mas pareciam pontuais, semelhantes a estrelas distantes, quando mais tarde observados com telescópios óticos. Em 1963, Maarten Schmidt, do Caltech, descobriu que um destes objetos era extremamente distante, e outras descobertas rapidamente se seguiram.
Fonte: Phys.org

6 Questões que a foto do buraco negro pode ajudar a responder


O buraco negro mais visualizado de todos, como ilustrado no filme Interestelar, mostra um horizonte de eventos previsto com bastante precisão para uma classe muito específica de buracos negros rotativos. Profundamente dentro do poço gravitacional, o tempo passa a uma taxa diferente para os observadores do que para nós, muito além disso. Espera-se que o Telescópio Event Horizon revele as emissões em torno do horizonte de eventos de um buraco negro, diretamente, pela primeira vez. INTERESTELAR / R. HURT / CALTECH

Todo mundo já está sabendo que dia 10 de Abril de 2019 deve sair a tão falada, esperada e famosa foto do buraco negro. Bem, como vocês sabem, a foto não é do buraco negro em si, mas sim algo como sendo a sombra do horizonte de eventos na matéria atrás do buraco negro. 

A teoria por trás disso é muito complexo, não é atoa que os institutos de pesquisa levaram exatamente 2 anos desde a aquisição dos dados até apresentarem o resultado final. Para poder fazer isso, os pesquisadores envolvidos no chamado EHT – Event horizon Telescope usaram de forma integrada os maiores rádio telescópios na Terra, criando um instrumento que virtualmente tem o diâmetro do nosso planeta.

Só assim para poder imagear com alguma resolução o buraco negro central da Via Láctea.

Os pesquisadores também imaginaram outro buraco negro o da galáxia M87, mas só dia 10 saberemos o que eles vão mostrar. O que é importante vocês entenderem que o que vamos ver não é simplesmente uma imagem e pronto. Existem grandes questões sobre os buracos negros que essa “imagem” poderá ajudar a responder.

Separei 6 grandes questões aqui para que possamos nos preparar para a imagem do dia 10 de Abril.

Esse dia já entrou para a história. 

1-) A Teoria Geral da Relatividade Acertou o Tamanho do Buraco Negro

De acordo com a Teoria Geral da Relatividade de Albert Einstein, com base na medida da massa do buraco negro no centro da Via Láctea, o seu horizonte de eventos deve ter 11 micro arcos de segundo de diâmetro, mas não devemos receber emissão nenhuma de um diâmetro de 37 micro arcos de segundo já que dentro dessa distância a matéria já iria se espiralar em direção à singularidade. O EHT tem uma resolução de 15 micro arcos de segundo, ou seja, ele é capaz de ver o horizonte de eventos e além disso, de medir o seu tamanho e confirmar ou não a teoria. Isso quer dizer que esse é mais um teste para a Teoria Geral da Relatividade.

2-) Qual o alinhamento do disco de acreção do buraco negro?

O disco de acreção é uma região onde a matéria fica circulando o buraco negro, de forma super aquecida e super acelerada, nós nunca vimos um, e muitas dúvidas existem sobre ele. Será que existe um jato de material sendo expelido, ou será que temos uma emissão de uma região ao redor, qual a orientação do disco de acreção, de lado, de frente para nós, ou formando algum outro ângulo? Vamos descobrir em breve.

3-) O horizonte de eventos é circular como previsto, ou ele tem uma forma diferente?

Embora os buracos negros devam ter algum tipo de rotação, a teoria prevê que o seu horizonte de eventos seja circular, representando bem uma esfera. Mas outras formas são possíveis. O objeto pode ser abaulado perto do equador, pode ser mais falado. Mas a teoria geral da relatividade prevê que seja circular, dia 10 saberemos.

4-) Por que o buraco negro gera uma flare?

Quando um buraco negro está num estado mais tranquilo, sem gerar flares, assinaturas específicas aparecem no seu horizonte de eventos, mas quando ele gera flares existem outras feições ao seu redor. Como aparece essa emissão? Ela é turbulenta ou não? Ela tem pontos mais quentes como previsto pela teoria? Além dessas flares, poderemos aprender sobre o campo magnético do buraco negro.

5-) Usar raios-X para medir a massa do buraco negro realmente funciona?

Atualmente existem duas maneiras de se calcular a massa de um buraco negro, ou através do efeito gravitacional que ele gera nas estrelas e nuvens de gás e poeira ao seu redor, ou através das emissões de raios-X dos gases à sua volta. E esses valores dão resultados diferentes. Por exemplo, o SGR A* tem uma massaje 4 milhões de vezes a massa do Sol quando medida usando a sua força gravitacional e de 2.5-2.7 milhões de vezes a massa do Sol usando os raios-X. Espera-se que sejam apresentados resultados também do buraco negro da M87 e com isso poderemos ver o que acontece. Caso essa diferença realmente exista, uma parte da astrofísica terá que ser repensada.

6-) O buraco negro se movimenta como previsto?

A teoria sobre buracos negros supermassivos diz que eles se movimentam com o passar do tempo, e essa posição aparente muda de forma significativa. Tudo bem, leva anos para isso acontecer e provavelmente não é com um foto que veremos isso, mas a imagem feita pelo EHT poderá mostrar sinais que esse movimento exista, isso é o equivalente cósmico ao Movimento Browniano.
Fonte: Space Today
Forbes.com

Curiosity capturou dois eclipses solares em Marte


Esta série de imagens mostra a lua marciana Phobos quando esta cruzou em frente ao Sol, como visto pelo Curiosity Mars da NASA na terça-feira, 26 de março de 2019 (Sol 2359). Crédito: NASA / JPL-Caltech / MSSS

Quando a sonda Curiosity Mars da NASA pousou em 2012, trouxe óculos eclipse. Os filtros solares em sua câmera de mastro (Mastcam) permitem que ela olhe diretamente para o sol. Nas últimas semanas, a Curiosity tem feito um bom uso, enviando de volta algumas imagens espetaculares de eclipses solares causados ​​por Phobos e Deimos, duas luas de Marte. 

Fobos, que tem cerca de 11 quilômetros de extensão, foi fotografado em 26 de março de 2019 (o sol, dia marciano, da missão Curiosity); Deimos, com cerca de 2,3 quilômetros de diâmetro, foi fotografado em 17 de março de 2019 (Sol 2350). Phobos não cobre completamente o Sol, então seria considerado um eclipse anular . Porque Deimos é tão pequeno comparado com o disco do Sol, os cientistas diriam que está em trânsito no sol.

Além de capturar cada travessia da lua em frente ao Sol, uma das câmeras de navegação da Curiosity (Navcams) observou a sombra de Phobos em 25 de março de 2019 (Sol 2358). Quando a sombra da lua passou sobre o veículo durante o pôr do sol, momentaneamente escureceu a luz.

Os eclipses solares foram vistos muitas vezes pela Curiosity e outros veículos no passado. Além de ser legal - quem não ama um eclipse? Esses eventos também servem a um propósito científico, ajudando os pesquisadores a ajustar sua compreensão da órbita de cada lua ao redor de Marte.

Antes dos rovers Spirit e Opportunity terem desembarcado em 2004, havia uma incerteza muito maior na órbita de cada lua, disse Mark Lemmon da Universidade Texas A & M, College Station, um co-investigador da Mastcam da Curiosity. A primeira vez que um dos robôs tentou imaginar Deimos eclipsando o Sol, eles descobriram que a lua estava a 40 quilômetros de onde esperavam.
 Esta série de imagens mostra a lua marciana Deimos quando ela cruzou em frente ao Sol, como visto pela sonda Curiosity Mars da NASA no domingo, 17 de março de 2019 (o dia marciano de 2,350a, ou sol, da missão). Crédito: NASA / JPL-Caltech / MSSS

"Mais observações ao longo do tempo ajudam a determinar os detalhes de cada órbita ", disse Lemmon. "Essas órbitas mudam o tempo todo em resposta à atração gravitacional de Marte, Júpiter ou até mesmo de cada lua marciana puxando o outro. Esses eventos também ajudam a tornar a relação de Marte, Lemmon disse: "Eclipses, sunrises e pôr do sol e fenômenos climáticos tornam Marte real para as pessoas, como um mundo que gosta e não gosta do que vêem do lado de fora, não apenas um assunto em um livro.

" Até o momento, houve oito observações de Deimos eclipsando o Sol de Espírito, houve cerca de 40 observações de Phobos. Ainda há uma margem de incerteza nas órbitas de ambas as luas marcianas, mas isso encolhe com cada eclipse que é visto da superfície do Planeta Vermelho.
Fonte: Phys.org
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