sábado, 24 de setembro de 2016

O oceano de água líquida de Plutão pode ser extremamente profundo



Nos últimos meses, as evidências de que existe um oceano de água líquida sob a superfície congelada de Plutão tem ganhado muita força. Modelos propostos por pesquisadores da Universidade Brown sustentam essa hipótese e dá um passo além: o oceano do planeta pode ter mais de 100 quilômetros de profundidade.

A conclusão, que foi publicada nesta semana na Geophysical Research Letters, foi obtida pela simples observação da Sputnik Planum, aquela mancha enorme que tem forma de coração. A Sputnik Planum fica exatamente no eixo das marés, ligando Plutão à sua maior lua, Charon.

Como outros pesquisadores observaram, a posição da mancha sugere que a anomalia tem massa positiva. A teoria é de que o asteroide responsável por criar a Sputnik Planum teria atingido alguma região próxima ao polo norte do planeta, mas com o passar do tempo o material pesou e fez ele tombar.

Porém, o que teria causado uma grande densidade à região não é algo tão simples.

“Uma cratera de impacto é basicamente um buraco no chão”, diz o líder do estudo, Brandon Johnson, em um comunicado. “Você está pegando um monte de material e o jogando contra algo, então você espera que ele cause uma anomalia negativa, mas não é isso que vemos na Sputnik Planum. Isso fez com que as pessoas pensassem sobre como seria possível ter uma anomalia positiva.”

Esta é uma possibilidade: depois que a cratera se formou, o solo se recuperou, puxando água do interior de Plutão. (Outros estudos indicam que pode existir uma camada muito profunda de líquido, mantida quente por um núcleo rochoso.) O fato da água ser mais densa que o gelo poderia fazer a Sputnik Planum mais pesada do que os arredores.

Mas quanta água, exatamente, é necessária para fazer o coração de Plutão pesado o suficiente? Essa é a pergunta que Johnson e seus companheiros procuram responder, executando uma série de modelos colisionais. Os resultados mostram que, para reproduzir a forma atual da mancha, seria necessário um oceano subsuperficial com mais de 100 quilômetros de profundidade, com níveis de salinidade de aproximadamente 30%. (A salinidade aumenta a densidade da água, aumentando a anomalia positiva da massa.)

Uma salinidade de 30% é algo perto do que temos no Mar Morto — algo extremo, mas que não está fora da nossa experiência terrestre. Um oceano com 100 quilômetros de profundidade, por outro lado, é algo bem fora da nossa realidade. As partes mais profundas do nosso oceano têm pouco mais de 10 quilômetros.

Estamos falando de algo 10 vezes mais profundo, num objeto que é pequeno demais para ser considerado um planeta, no limite congelado do nosso sistema solar.

[Brown University News]

FONTE: GIZMODO BRASIL

sexta-feira, 23 de setembro de 2016

Idade do Universo: O que sabemos e o que não sabemos?


Este gráfico, do Big Bang ao presente, resume todo o saber atual sobre a história do nosso Universo. [Imagem: NASA/WMAP]

Dúvidas científicas

Quando ouve falar de como o Universo foi criado - Big Bang, expansão, idade do Universo e tudo o mais - você tem a impressão de estar às voltas com fatos e fenômenos inquestionáveis?

Talvez não seja ainda o momento para ser tão otimista com nossas teorias - algumas delas, a propósito, meramente hipóteses.

Senão, vejamos.

Idade do Universo

Um dos feitos mais comemorados no campo da Astrofísica no século passado foi a descoberta de que a idade do Universo é praticamente a mesma, fosse ela medida pela idade das estrelas mais antigas, fosse ela estimada de uma forma totalmente diferente, pela recessão das galáxias.

Os dois métodos resultaram em tempos muito longos, na casa dos bilhões de anos, aparentemente dando uma confirmação tranquilizadora de que ambos provavelmente estão no caminho certo.

Mas só aparentemente, porque os dois valores não eram idênticos e os cientistas rapidamente perceberam uma discrepância crucial: as estrelas mais antigas que os novos telescópios começavam a captar eram simplesmente mais velhas do que o próprio Universo.

Eles trabalhavam em refinamentos nas medições e em novos modelos para resolver esta contradição quando, em 1998, descobriu-se a aceleração cósmica, mostrando que o Universo era, na verdade, muito mais antigo do que se pensava, e, vindo bem a calhar, era mais velho do que as estrelas mais antigas.

Mas permaneceu um enigma.

Primeiro enigma

O movimento do Universo é governado pela matéria, cuja gravidade tende a retardar a expansão, e pela aceleração, que tende a aumentar a expansão. Como a densidade média da matéria no Universo cai constantemente à medida que o Universo incha, com o tempo essa densidade tem um valor cada vez menor.

Curiosamente, hoje ela parece ter quase exatamente o mesmo valor (quando expressa nas mesmas unidades) que o parâmetro de aceleração.

Por quê? Ainda não se sabe.


Da mesma forma, não sabemos tudo sobre a gravidade. [Imagem: Sandbox Studio/Ana Kova]

Segundo enigma

E não é tudo: Há também um segundo enigma.

O valor teórico do parâmetro de aceleração pode ser praticamente qualquer coisa; na verdade, cálculos fundamentais de mecânica quântica sugerem que ele deveria ser muito maior do que é. Por que ele resulta tão pequeno quando o medimos é um mistério.

Chega de enigmas nas teorias e explicações que você julgava tão definitivas?

Ainda não: Acaba de surgir mais um.

Terceiro enigma

Arturo Avelino e Bob Kirshner, do Centro Harvard-Smithsoniano de Astrofísica, nos EUA, acabam de publicar um artigo chamando a atenção para mais um enigma na nossa já tão esburacada teoria cosmológica.

O Universo não se expande a uma taxa constante que seja a combinação desses dois fatores (retardamento pela gravidade e aceleração pela expansão). Nos primeiros nove bilhões de anos da evolução cósmica, a contração dominava e o Universo gradualmente diminuía sua expansão.

Contudo, como a importância relativa da aceleração cósmica cresce com o tempo, durante os últimos cinco bilhões de anos a aceleração tem dominado, e o Universo acelerou sua expansão.

Curiosamente, hoje o Universo parece estar da mesma forma que teria se estivesse sempre se expandindo, de forma constante a uma taxa constante - a taxa necessária para evitar um re-colapso final, geralmente referido como Big Crunch, em oposição ao Big Bang.

Por quê? Respostas são bem-vindas.

Pesquisas observacionais

Embora este terceiro enigma soe como bastante semelhante ao enigma original, os dois astrofísicos ressaltam que este é de fato diferente: Estamos vivendo (aparentemente) em uma época privilegiada - os outros enigmas não têm essa implicação.

Ainda não se conhecem explicações para esses enigmas. Se estamos dando voltas em nossas teorias, perdidos em tautologias ou matemáticas que simplificam demais a realidade é algo ainda por descobrir.

Podem existir tipos específicos de partículas elementares ainda desconhecidas, sugere a dupla, que poderiam nos dar respostas ou indicar caminhos, mas por agora a única coisa que é certa é que precisamos de mais pesquisas observacionais para que as hipóteses e teorias possam passar pelo crivo frio dos fatos.


Grande parte das esperanças dos astrofísicos está na busca por explicações sobre o que é a Matéria Escura. [Imagem: NASA]

FONTE: SITE INOVAÇÃO TECNOLOGICA

Teletransporte quântico alcança mais de 7 km e bate recorde



Quando o físico Albert Einstein ouviu falar pela primeira vez nos fenômenos da mecânica quântica, ele definiu o estudo das menores partículas conhecidas com o adjetivo spooky — que em português significa algo entre “assustador” e “fantasmagórico”.

Não é para menos. Um dos fenômenos mais inacreditáveis dessa área de estudo é o entrelaçamento quântico. Ele ocorre quando há uma conexão entre duas partículas que, mesmo distantes uma da outra, se influenciam mutuamente. Em outras palavras: cutuque uma partícula aqui no Brasil e sua irmã gêmea, lá no Japão, irá reagir, mesmo que não haja nenhuma forma aparente de transmissão de informação entre as duas.

Diante disso, é difícil não concordar com a afirmação "assustadora" de Einstein, mas o fato é que o entrelaçamento quântico existe, e há quem já tenha superado a parte fantasmagórica em busca de aplicações práticas para o fenômeno.

Um grupo de cientistas da Universidade de Calgary bateu um novo recorde de transmissão de informação por meio de entrelaçamento quântico — técnica chamada de teletransporte quântico — usando uma rede de fibra ótica pública já implantada na cidade de Calgary, na Austrália.

Pesquisas anteriores superaram distâncias de mais de 100 quilômetros, mas usaram laser em vez de fibra ótica para conectar dois pontos, e o que vale, neste caso, é aplicar o tecnologia que já está disponível para uso civil. A pesquisa foi publicada na Nature.

A dúvida que fica é: se a ideia do entrelaçamento é justamente que duas partículas se conectam por distâncias intermináveis sem nada visível entre elas, então por que é necessário conectar os dois pontos no espaço com algum tipo de tecnologia já conhecida, como laser ou fibra ótica?

“Nós precisamos da fibra para distribuir os fótons entrelaçados em primeiro lugar”, explicou a GALILEU Wolfang Tittel, um dos autores da pesquisa. O nascimento de um “casal” de partículas entrelaçadas não é nada delicado. “Nós atingimos um tipo de cristal especial (não-linear) com um raio laser”, explicou Tittel. “A interação no interior do cristal às vezes faz com que um fóton do pulso de luz se divida em dois novos fótons. E esses fótons estão entrelaçados.” Ou seja, as particulas nascem como gêmeos, e são separadas na maternidade para servirem às telecomunicações.

Deste ponto em diante, suas propriedades serão definidas pelas características do raio laser e do cristal que lhes deu origem, e eles passarão a agir em uníssono. “Note que as partículas entrelaçadas não permitem enviar informação mais rápido que a velocidade da luz — um erro comum em textos não científicos”, esclarece o pesquisador.

A carta na manga do entrelaçamento não é, portanto, sua velocidade, mas o fato de que se você estiver com uma partícula “em mãos” e a pessoa com quem você se comunica estiver com a outra, vocês terão uma espécie de senha secreta infalível. Em outras palavras, uma técnica de criptografia que está à prova de qualquer juíz.

FONTE: REVISTA GALILEU

ALMA explora o Campo Ultra Profundo do Hubble


Esta imagem combina uma fotografia de fundo obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA (a azul/verde) com uma nova imagem muito profunda obtida pelo ALMA do mesmo campo (a laranja, marcada com círculos). Todos os objetos que o ALMA vê parecem ser galáxias massivas a formar estrelas. Esta imagem baseia-se no rastreio ALMA obtido por J. Dunlop e colegas, que cobriu toda a área do HUDF. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/J. Dunlop et al. e S. Beckwith (STScI) e Equipe HUDF

Duas equipas internacionais de astrônomos utilizaram o ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para explorar o Universo distante revelado pela primeira vez nas icônicas imagens do Campo Ultra Profundo do Hubble (HUDF, sigla do inglês Hubble Ultra Deep Field). Estas novas observações do ALMA são significativamente mais profundas e nítidas do que rastreios anteriores feitos nos comprimentos de onda milimétricos e mostram claramente a relação inequívoca que existe entre a taxa de formação estelar em galáxias jovens e a sua massa total de estrelas. As observações mostram igualmente as anteriormente desconhecidas abundâncias do gás que está a formar estrelas em diferentes épocas, fornecendo assim novos conhecimentos sobre a "Idade de Ouro" da formação de galáxias, a qual ocorreu há aproximadamente 10 mil milhões de anos.

Os novos resultados ALMA serão publicados numa série de artigos científicos nas revistas da especialidade Astrophysical Journal e Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Os resultados estão também entre os que são apresentados esta semana na conferência Half a Decade of ALMA (Meia Década com o ALMA), que decorre em Palm Springs, Califórnia, nos EUA.

Em 2004, as imagens do Campo Ultra Profundo do Hubble — pioneiras nas observações de campo profundo do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA — foram publicadas. Estas imagens exploravam o céu muito mais profundamente do que o que tinha sido feito até à data e revelavam uma enorme quantidade e variedade de galáxias que podiam ser vistas até menos de um milhar de milhão de anos depois do Big Bang. Esta área do céu foi observada várias vezes pelo Hubble e por muitos outros telescópios, o que resultou na imagem mais profunda do Universo obtida até à data.


Estas imagens foram cortadas da imagem que foi criada a partir de uma fotografia de fundo obtida pelo Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA (a azul/verde) e de uma nova imagem muito profunda obtida pelo ALMA do mesmo campo (a laranja, marcada com círculos). Todos os objetos que o ALMA vê parecem ser galáxias massivas a formar estrelas. Esta imagem baseia-se no rastreio ALMA obtido por J. Dunlop e colegas, que cobriu toda a área do HUDF.
Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/NASA/ESA/J. Dunlop et al. e S. Beckwith (STScI) e Equipe HUDF


Os astrônomos usaram agora o ALMA para mapear, pela primeira vez, na região dos comprimentos de onda do milímetro, esta janela para o Universo distante, correspondente uma área do céu aparentemente comum mas muito estudada. Este mapeamento foi feito de modo profundo e bastante nítido, o que permitiu observar o ténue brilho emitido pelas nuvens de gás e também a emissão da poeira quente existente nas galáxias do Universo primordial.

O ALMA observou o HUDF cerca de 50 horas no total até agora, o que corresponde à maior quantidade de tempo de observação do ALMA passado numa única região do céu.

Uma das equipas, liderada por Jim Dunlop (Universidade de Edimburgo, Reino Unido), utilizou o ALMA para obter a primeira imagem profunda e homogênea de uma região tão grande como o HUDF. Estes dados permitiram ajustar claramente as galáxias detetadas pelo ALMA com objetos já observados pelo Hubble ou por outras infraestruturas.

Este estudo mostrou claramente pela primeira vez que a massa estelar de uma galáxia é o fator que melhor prevê a taxa de formação estelar no Universo a elevado desvio para o vermelho. A equipa detetou essencialmente todas as galáxias de elevada massa (neste contexto, "elevada massa" significa galáxias com massas estelares maiores que 20 mil milhões de massas solares. Em termos de comparação, a Via Láctea, que é uma galáxia grande, tem aproximadamente uma massa de 100 mil milhões de massas solares) e virtualmente mais nada.

Jim Dunlop, autor principal do artigo científico que descreve as imagens profundas enfatiza a importância desta descoberta: "Este é um avanço revolucionário, pois pela primeira vez conseguimos ligar claramente as imagens visíveis e ultravioletas do Universo distante observadas pelo Hubble com as imagens no infravermelho longínquo e milímetro obtidas com o ALMA."


Esta imagem, chamada Campo Extremamente Profundo do Hubble (XDF, sigla do inglês para Hubble eXtreme Deep Field), combina observações Hubble obtidas durante a última década de uma pequena região do céu situada na constelação da Fornalha. Com um total de mais de dois milhões de segundos de tempo de exposição, trata-se da imagem mais profunda do Universo alguma vez conseguida, combinando dados de imagens anteriores, incluindo o Campo Ultra Profundo do Hubble (obtido em 2002 e 2003) e o Campo Ultra Profundo Infravermelho do Hubble (de 2009).
A imagem cobre uma região com uma área que é menor que um décimo da área da Lua Cheia, ou seja apenas 30 milionésimas partes de todo o céu. Ainda assim, nesta minúscula fracção do céu, esta exposição longa revela cerca de 5500 galáxias, algumas das quais tão distantes que as vemos quando o Universo tinha menos de 5% da sua idade atual.
A imagem do Campo Extremamente Profundo do Hubble contém vários dos objetos mais distantes alguma vez identificados.
Crédito: NASA, ESA, G. Illingworth, D. Magee, e P. Oesch (Universidade da California, Santa Cruz), R. Bouwens (Universidade de Leiden), e Equipe HUDF09


A segunda equipe, liderada por Manuel Aravela do Núcleo de Astronomía, Universidade Diego Portales, Santiago do Chile, e por Fabian Walter do Instituto Max Planck de Astronomia em Heidelberg, na Alemanha, conduziu uma busca mais profunda em cerca de um-sexto do campo total do HUDF.

"Levámos a cabo a primeira busca tridimensional feita 'às cegas' de gás frio no Universo primordial," disse Chris Carilli, astrônomo do NRAO (National Radio Astronomy Observatory), em Socorro, Novo México, EUA, e membro da equipa de investigação. "Deste modo, descobrimos uma população de galáxias que não apareceu de forma nada evidente em qualquer outro rastreio profundo do céu."

A capacidade do ALMA em observar uma região do espectro eletromagnético completamente diferente da do Hubble, permite aos astrônomos estudar diferentes tipos de objetos astronômicos, tais como nuvens a formar estrelas e objetos que, de outro modo, seriam demasiado ténues para poderem ser observados no visível, mas que podem ser observados nos comprimentos de onda milimétricos.

Esta busca é "cega" no sentido em que não se focou em nenhum objeto em particular.

As novas observações ALMA do HUDF incluem dois tipos distintos, mas complementares, de dados: observações de contínuo, que revelam a emissão da poeira e a formação estelar, e um rastreio de riscas de emissão espectrais, que mostram o gás molecular frio que alimenta a formação estelar. O segundo rastreio é particularmente valioso porque inclui informação relativa à quantidade de desvio para o vermelho que a radiação emitida por objetos distantes sofre, devido à expansão do Universo. Um maior desvio para o vermelho significa que um objeto se encontra mais afastado e por isso estamos a observá-lo mais longe no passado. Este aspeto permite aos astrônomos criar mapas tridimensionais do gás de formação estelar, traçando assim a sua evolução no tempo cósmico.

Algumas das novas observações ALMA foram especificamente concebidas para detetar galáxias ricas em monóxido de carbono, o qual indica regiões onde se prepara a formação estelar. Estes reservatórios de gás molecular, que dão origem a formação estelar nas galáxias, são muitas vezes difíceis de detetar com o Hubble. O ALMA pode por isso ajudar a revelar a "metade que falta" do processo de formação e evolução das galáxias.


Uma quantidade de galáxias, ricas em monóxido de carbono (o que indica formação estelar potencial) foram observadas pelo ALMA (a laranja) no Campo Ultra Profundo do Hubble. As estruturas azuis são galáxias observadas pelo Hubble. Esta imagem baseia-se num rastreio muito profundo do ALMA realizado por Manuel Aravena, Fabian Walter e colegas, que cobriu cerca de um sexto da área total do HUDF.
Crédito: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF); ALMA (ESO/NAOJ/NRAO); NASA/ESA Hubble

"Os novos resultados ALMA apontam para um rápido aumento no conteúdo de gás das galáxias à medida que olhamos para trás no tempo," acrescenta o autor principal de dois dos artigos científicos que descrevem estes resultados, Manuel Aravela. "Este aumento do conteúdo de gás é provavelmente a causa principal do aumento das taxas de formação estelar durante a época principal de formação de galáxias, a qual ocorreu há cerca de 10 mil milhões de anos atrás."

Os resultados apresentados ontem são apenas o início de uma série de observações futuras do ALMA para investigar o Universo distante. Por exemplo, está planeada uma campanha de observação de 150 horas do HUDF para termos mais indícios sobre a potencial história de formação estelar no Universo.

"Ao aumentar o nosso conhecimento sobre este material que forma estrelas, anteriormente desconhecido, o Grande Programa do ALMA previsto dar-nos-á uma visão completa das galáxias existentes no icônico Campo Ultra Profundo do Hubble," conclui Fabian Walter.



FONTE: http://www.ccvalg.pt/

Hubble ajuda a descobrir mundo que "dobra luz" em redor de duas estrelas


Esta concepção artística mostra um gigante gasoso em órbita de um par de anãs vermelhas no sistema OGLE-2007-BLG-349, localizado a 8000 anos-luz de distância. O planeta com a massa de Saturno orbita a aproximadamente 480 milhões de quilômetros do duo estelar. As duas anãs vermelhas estão separadas por apenas 11 milhões de quilômetros.
Crédito: NASA, ESA e G. Bacon (STScI)

Um planeta distante em órbita de duas estrelas, descoberto pela sua distorção do espaço-tempo, foi confirmado usando observações do Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA. A massa do planeta provocou o que é conhecido como evento de microlente, onde a luz é "dobrada" pelo campo gravitacional de um objeto. O evento foi observado em 2007, fazendo deste evento o primeiro planeta circumbinário confirmado após a detecção de um evento de microlente.

A maioria dos exoplanetas detetados até agora orbitam estrelas individuais. Até à data só foram descobertos alguns planetas circumbinários - planetas em órbita de duas estrelas. A maioria destes foram detetados pela missão Kepler da NASA, que usa o método de trânsito para a detecção.

Este recém-descoberto planeta, no entanto, é muito invulgar. "O exoplaneta foi observado como um evento de microlente em 2007. Uma análise detalhada revelou um terceiro corpo de lente para além da estrela e do planeta, bastante óbvios nos dados," afirma David Bennett do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, EUA, autor principal do estudo.

O evento, OGLE-2007-BLG-349, foi detetado usando a experiência OGLE (Optical Gravitational Lensing Experiment), que procura e observa os efeitos de pequenas distorções do espaço-tempo, provocadas por estrelas e exoplanetas, que foram previstas por Einstein na sua teoria da Relatividade Geral. Estas pequenas distorções são conhecidas como microlentes.

O sistema binário está localizado a 8000 anos-luz de distância na direção do centro da nossa Galáxia. O planeta orbita a aproximadamente 480 milhões de quilômetros do duo estelar, mais ou menos a distância da cintura de asteroides ao Sol. Completa uma órbita em redor das estrelas a cada sete anos. As duas anãs vermelhas estão separadas por apenas 11 milhões de quilômetros, ou 14 vezes o diâmetro da órbita da Lua em redor da Terra.

No entanto, a observação OGLE não podia confirmar os detalhes do evento OGLE-2007-BLG-349 por si só, especialmente a natureza do terceiro corpo desconhecido. Um número de modelos podia ter explicado a curva de luz observada. Os dados adicionais do Hubble foram essenciais para permitir com que os cientistas fixassem um planeta circumbinário como a única explicação possível tanto para a curva de luz OGLE como para as observações do Hubble.

"O OGLE já detectou mais de 17.000 eventos de microlente, mas esta é a primeira vez que tal evento foi provocado por um sistema planetário circumbinário," explica Andrzej Udalski da Universidade de Varsóvia, Polônia, coautor do estudo.

Esta descoberta pioneira sugere algumas possibilidades intrigantes. Enquanto o Kepler tende a detetar planetas com órbitas pequenas - e, de facto, todos os planetas circumbinários que descobriu estão muito perto do limite inferior de uma órbita estável - as microlentes permitem encontrar planetas a distâncias muito maiores em relação às suas estrelas hospedeiras.

"Esta descoberta sugere que precisamos de repensar a nossa estratégia de observação no que toca a eventos de lentes binárias estelares," explica Yiannis Tsapras, coautor do estudo do Astronomisches Recheninstitut em Heidelberg, Alemanha. "Esta é uma emocionante nova descoberta para o campo das microlentes."

Agora que a equipa mostrou que as microlentes podem detetar com êxito os eventos provocados por planetas circumbinários, o Hubble poderá desempenhar um papel essencial neste novo reino da busca por exoplanetas.

FONTE: http://www.ccvalg.pt/

ALMA descobre segredos de bolha espacial gigante


Esta imagem mostra um instante no tempo de uma simulação cósmica de uma Bolha de Lyman-alfa semelhante a LAB-1. Esta simulação traça a evolução do gás e da matéria escura usando um dos mais recentes modelos de formação galáctica, no supercomputador Pleiades da NASA. Esta vista mostra a distribuição do gás no seio do halo de matéria escura, com código de cores tal que o gás frio (essencialmente hidrogênio neutro) aparece a vermelho e o gás quente a branco. Embutidas no centro do sistema estão duas galáxias com formação estelar intensa, rodeadas por gás quente e muitas outras galáxias satélite mais pequenas que aparecem como pequenos nodos de gás vermelho na imagem. Os fotões Lyman-alfa escapam das galáxias centrais e dispersam-se no gás frio associado às galáxias satélite, dando origem a uma Bolha de Lyman-alfa extensa.
Crédito: J.Geach/D.Narayanan/R.Crain


Uma equipe internacional de astrônomos usou o ALMA, assim como o VLT (Very Large Telescope) do ESO e outros telescópios, para descobrir a verdadeira natureza de um objeto raro no Universo distante, chamado Bolha de Lyman-alfa. Até agora, os astrônomos não compreendiam o que é que fazia estas enormes nuvens de gás brilhar tão intensamente, mas o ALMA viu agora duas galáxias no coração de um destes objetos, galáxias estas que estão a formar estrelas a um ritmo muito acelerado, fazendo brilhar todo o meio que as envolve. Estas enormes galáxias estão por sua vez no centro de um conjunto de galáxias mais pequenas, no que parece ser a fase inicial de formação de um enxame de galáxias massivo. As duas fontes ALMA deverão evoluir numa única galáxia elíptica gigante.


Este diagrama explica como é que brilha uma Bolha de Lyman-alfa, um dos maiores e mais brilhantes objetos no Universo.
Crédito: ESO/J. Geach


As Bolhas de Lyman-alfa são enormes nuvens de hidrogênio gasoso com dimensões que podem ir até às centenas de milhares de anos-luz e que se encontram a grandes distâncias cósmicas. O nome reflete o comprimento de onda característico da radiação ultravioleta que emitem, conhecida por radiação de Lyman-alfa. Desde a descoberta destes objetos, os processos que lhes dão origem têm constituído um puzzle astronômico. Novas observações obtidas agora com o ALMA acabam de resolver o mistério.

Uma das maiores Bolhas de Lyman-alfa conhecidas e estudadas com muito detalhe é SSA22-Lyman-alfa 1, ou LAB 1. Situada no núcleo de um enorme enxame de galáxias na fase inicial de formação, este foi o primeiro objeto do tipo a ser descoberto — em 2000 — e localiza-se tão longe que a sua luz demorou 11,5 bilhões de anos para chegar até nós.

Uma equipe de astrônomos, liderada por Jim Geach, do Centre for Astrophysics Research of the University of Hertfordshire, Reino Unido, utilizou a capacidade sem precedentes do ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) para investigar LAB-1, observando a radiação emitida por nuvens de poeira fria em galáxias distantes, o que permitiu localizar e resolver várias fontes de emissão submilimétrica.

A equipe combinou seguidamente as imagens ALMA com observações obtidas com o instrumento MUSE (Multi Unit Spectroscopic Explorer), montado no VLT do ESO, as quais mapeiam a radiação Lyman-alfa. Isto mostrou que as fontes ALMA estão localizadas mesmo no centro da Bolha de Lyman-alfa, onde se encontram a formar estrelas a uma taxa cerca de 100 vezes maior que a da Via Láctea.

Adicionalmente, imagens profundas obtidas com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA e espectroscopia do Observatório W. M. Keck mostraram que as fontes ALMA estão rodeadas por numerosas galáxias companheiras ténues que podem estar a bombardeá-las com material, ajudando assim a aumentar as taxas de formação estelar nas fontes ALMA centrais.


Esta imagem mostra um dos maiores objetos conhecidos no Universo, a Bolha de Lyman-alfa LAB-1. A imagem é a composição de duas imagens diferentes obtidas com o instrumento FORS montado no VLT — uma imagem maior que mostra as galáxias circundantes e uma observação muito mais profunda da bolha propriamente dita no centro, obtida para detectar a sua polarização. A intensa radiação ultravioleta de Lyman-alfa emitida pela bolha aparece-nos verde após ter sido "esticada" pela expansão do Universo durante a sua longa viagem até à Terra. Estas observações mostram pela primeira vez que a radiação emitida por este objeto é polarizada, o que significa que a bolha gigante deve estar a ser alimentada por galáxias embebidas no seio da nuvem.
Crédito: ESO/M. Hayes


A equipe fez seguidamente uma sofisticada simulação de formação galáctica para demonstrar que a enorme nuvem brilhante de emissão Lyman-alfa pode ser explicada se radiação ultravioleta produzida pela formação estelar nas fontes ALMA for dispersada pelo hidrogênio gasoso circundante. Este efeito daria origem à Bolha de Lyman-alfa que observamos.

Jim Geach, autor principal do novo estudo, explica: "Pensemos nas luzes da rua numa noite de nevoeiro — vemos um brilho difuso porque a luz é dispersada pelas minúsculas gotas de água. Algo semelhante acontece aqui, exceto que a luz da rua é uma galáxia a formar estrelas com muita intensidade e o nevoeiro é uma enorme nuvem de gás intergaláctico. As galáxias iluminam o seu meio envolvente."

Compreender como é que as galáxias se formam e evoluem é um enorme desafio. Os astrônomos pensam que as Bolhas de Lyman-alfa são importantes porque parecem ser os locais onde a maioria das galáxias massivas do Universo se formam. Em particular, o brilho extenso de Lyman-alfa fornece informações sobre o que está a acontecer nas nuvens de gás primordial que rodeiam as jovens galáxias, uma região muito difícil de estudar, mas critica para a compreensão destes fenômenos.

Jim Geach conclui: "O que é excitante nestas Bolhas é que estamosvendo o que se passa em torno destas jovens galáxias em crescimento. Durante muito tempo, a origem desta radiação extensa de Lyman-alfa permaneceu controversa. No entanto, combinando novas observações e simulações de vanguarda, pensamos ter resolvido um mistério de 15 anos: a Bolha de Lyman-alfa 1 é o local de formação de uma galáxia elíptica gigante, que um dia será o coração de um enorme enxame de galáxias. Estamos vendo uma 'fotografia' da formação dessa galáxia há 11,5 bilhões de anos atrás."


Esta sequência de imagens faz-nos aproximar de um dos maiores objetos conhecidos no Universo, a Bolha de Lyman-alfa LAB-1. Observações obtidas com o VLT do ESO mostraram pela primeira vez que esta bolha gigante deve estar a ser alimentada por galáxias embebidas no seio da nuvem. A imagem da esquerda mostra uma vista de grande angular da constelação de Aquário. As duas imagens em cima à direita foram criadas a partir de fotografias tiradas através de filtros azuis e vermelhos e fazem parte do Digitized Sky Survey 2. As duas imagens embaixo à direita foram obtidas com a câmara FORS montada no VLT.
Crédito: ESO/A. Fujii/M. Hayes e Digitized Sky Survey 2


FONTE: http://www.ccvalg.pt/

quinta-feira, 22 de setembro de 2016

Cristais de quatro dimensões podem existir de verdade


(FOTO: GLAMHAG/CC BY-SA 2.0) SE O SAPATO DA CINDERELA FOSSE FEITO DE CRISTAIS DO TEMPO, NADA DISSO TERIA ACONTECIDO.

Cientistas comprovam a possibilidade de cristal do tempo proposta pelo Nobel de Física Frank Wilczek

Quando o prêmio Nobel de Física Frank Wilczek propôs, em 2012, um cristal teórico com quatro dimensões, o impacto da afirmação abalou o mundo acadêmico. Afinal, as estruturas cristalinas da Terra estão muito bem, obrigado, existindo nas três dimensões disponíveis — largura, altura e profundidade.

Acontece que Wilczek não ganhou um Nobel à toa: ele veio ao mundo para causar, e conseguiu. A equipe do pesquisador Dominic Else, da Universidade de Santa Bárbara, na Califórnia, acaba de confirmar que seu cristal quadridimensional (ou cristal do tempo) não é só teoria: ele poderia existir de verdade. A confirmação foi publicada na revista científica Physical Review Letters.

Calma: isso não significa que há uma quarta dimensão espacial e que você pode ser engolido por ela a qualquer momento. Na verdade, a quarta dimensão não só é parte da sua rotina como é a inimiga número um do estilo de vida moderno. Ela é o tempo.

O tempo é cruel porque ele é uma dimensão única. Uma linha reta sem espaço para manobra. Em outras palavras, se você quiser evitar uma reunião insuportável no trabalho, você pode até optar por ficar em casa — as três dimensões do espaço permitem a existência de bem mais de um lugar ao mesmo tempo — mas o horário da reunião irá chegar inevitavelmente. Até aí, tudo é senso comum.

Tanto o espaço como o tempo possuem regras de funcionamento básicas. São as chamadas simetrias. Elas são importantes porque governam algumas leis básicas da física. Uma porção de gás colocada em uma garrafa, por exemplo, irá se espalhar até preencher todos os espaços disponíveis igualmente. Isso significa que todos os pontos no espaço têm igual valor. Uma situação simétrica, equilibrada.

Um cristal é um pedacinho da natureza em revolta. Uma quebra espontânea de três das simetrias espaciais, ou seja, de três regras básicas do espaço. Uma é a simetria de translação. A outra, a de rotação. E a última, de reflexão. Parece difícil, mas não é.

O que o parágrafo acima quer dizer é que os cristais têm uma geometria única e previsível. Se um átomo for ajudar a formar um cristal, ele não poderá estacionar onde quiser, mas será forçado a assumir uma posição pré-definida no espaço. Ou seja, ao contrário do gás na garrafa, que ocupa todos os espaços igualmente, um cristal dá preferência a certos lugares em detrimento de outros.

Por que ele faz isso? Para atingir o estado de energia mais baixo possível. Em resumo, para existir gastando poucas calorias (viu só, preguiçosos? Vocês quebram simetrias).

O momento eureka! que se deu no cérebro de Wilczek foi o seguinte: se há, no espaço, uma estrutura que quebra por vontade própria as simetrias básicas com o intuito de alcançar o estado de menor energia possível, poderia existir um estado equivalente na dimensão do tempo?

A resposta, claro, é uma estrutura que pode oscilar — ou seja, pode se mover de maneira previsível no tempo assim como a geometria de um cristal obriga os átomos a se posicionarem de uma maneira previsível no espaço — mas sem gastar energia. Uma espécie de relógio que funciona infinitamente sem precisar de corda ou pilha. E é aqui que termina a parte legal e começa a parte inacreditável.

Tudo que se mexe precisa de energia para fazer isso. Mas um cristal é justamente um sistema que quebra a simetria do espaço para ficar em um estado em que não gasta energia. Nas palavras do pesquisador Dominic Else, “se nós ajustarmos o sistema em um determinado estado, e então esperarmos um longo tempo, as oscilações irão continuar para sempre. Isso é análogo à quebra de simetria em outros sistemas”.

Um cristal de quatro dimensões não é algo normal. Por isso, você não encontrará um no seu quarto. Else e sua equipe descobriram que ele só seria possível em um sistema quântico de nome complicado: Floquet-many-body-localized. O pesquisador deu uma mão para a GALILEU na hora de desmontar o nome.

“A parte ‘Floquet’ significa que você ‘aciona’ ou ‘impele’ [drive] o sistema periodicamente. Aplicando um campo magnético oscilante, por exemplo”, explicou ele. “A parte ‘many-body-localized’ é mais técnica, mas posso dizer que um sistema com esse nome não esquenta.”

O fato é que, nomes à parte, atingir esse estado quântico não é algo possível só na imaginação de J.J. Abrams. “Sistemas como o ‘Floquet…’ foram alcançados em laboratório neste ano usando átomos frios em uma armadilha magnética. O que significa que o prospecto de criar um cristal de quatro dimensões na prática é promissor.”

O objeto, então, pode existir na prática e brinca com as leis do espaço e do tempo. Mas o que, na prática, oscila dentro do cristal? Bem, fica a critério do método que você escolher para produzi-lo. “Pode ser uma densidade de carga, uma orientação de giro ou qualquer outra grandeza mensurável, na verdade”.

Mas eis que vem o princípio da incerteza para nos causar problema. Segundo esta ideia, se você tentar observar um sistema quântico de perto, a própria observação vai interferir no sistema — como quando você quer tirar uma foto espontânea dos seus amigos, mas eles olham para a câmera e sorriem ao vê-lo com o celular na mão.

“A observação do sistema não irá necessariamente atrapalhar a oscilação”, explica o Else. “Se você medir grandes quantidades (por exemplo, a magnetização total de conjunto de átomos em vez de um átomo único), você não irá interferir muito.”

E, afinal, para que serve um cristal do tempo? "Não posso citar nenhuma utilidade prática agora. Nosso interesse nisso é em relação ao ponto de vista da física fundamental. Mas, claro, aplicações práticas sempre podem surgir de maneira surpreendente".

Como lembrou o físico Cumrum Vafa, especialista em Teoria das Cordas da Universidade Harvard, "muito do esforço humano vem de tentar compreender as coisas primeiro". Logo, se focarmos apenas em experimentos ou na parte prática perderemos um cenário maior. Assim caminha a física teórica.

Resumindo: cristais de quatro dimensões são possíveis na teoria e na prática, há métodos viáveis para fazer um e saberemos que ele está lá quando for realizado. Tudo certo, agora só falta fazer.

FONTE: REVISTA GALILEU