Tema para o mês de julho/2009 do “Roda de Ciência”: Astronomia
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Venho convidar os colegas do ScienceBlogs Brasil, os demais blogueiros que acompanham o SBB e, mais importante, o leitor, para colaborar e acompanhar, postando e comentando, a nova discussão mensal do Meta-Blog “Roda de Ciência” (clique no logo ao lado).
O tema para este mês celebra o Ano Internacional da Astronomia e quaisquer matérias relacionadas à astronomia são bem vindas.
Para quem gosta de Física
Vale à pena uma visita (não que eu queira fazer propaganda enganosa sobre um dos tradutores-colaboradores…)
O acelerador de partículas da Via Láctea
25 de junho de 2009
[ Traduzido daqui: Milky Way’s super-efficient particle accelerators caught in the act ]
Graças a um inédito “estudo balístico” que combina dados do Telescópio Muito Grande (Very Large Telescope) do Observatório Europeu do Sul (ESO) e do Telescópio Espacial de Raios-X Chandra da NASA, os astrônomos conseguiram solucionar um mistério antigo dos aceleradores de partículas da Via Láctea. Eles mostram, em um artigo publicado hoje em Science Express, que os raios cósmicos de nossa galáxia são acelerados de maneira muito eficiente pelos remanescentes de estrelas que explodiram.
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ESO PR Photo 23a/09 |
Durante os voos das astronaves Apollo os astronautas relataram terem observado estranhos clarões de luz, visíveis até quando estavam de olhos fechados. Desde então aprendemos que a causa disso são os raios cósmicos — partículas extremamente energéticas vindas de fora do sistema solar e que atingem a Terra, e que estão constantemente bombardeando sua atmosfera. Quando elas chegam a atingir a Terra, ainda têm energia suficiente para causar defeitos em componentes eletrônicos.
Os raios cósmicos galáticos vêm de fontes dentro de nossa galáxia, a Via Láctea, e consistem principalmente de prótons que se movem quase à velocidade da luz, o “limite máximo de velocidade” do Universo. Esses prótons foram acelerados a energias que excedem, e muito, as energias que mesmo o Grande Colisor de Hadrons (LHC) do CERN será capaz de atingir.
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ESO PR Video 23a/09 |
“Já se pensava há algum tempo que os super-aceleradores que produziam esses raios cósmicos na Via Láctea fossem as regiões circundantes às estrelas que explodiram, porém nossas observações revelam a ‘arma fumegante’ que prova isso”, diz Eveline Helder do Instituto Astronômico da Universidade de Utrecht na Holanda, a primeira autora do novo estudo.
“Pode-se dizer mesmo que nós agora confirmamos o calibre da arma usada para acelerar os raios cósmicos a suas tremendas energias”, acrescenta o colaborador Jacco Vink, também do Instituto Astronômico de Utrecht.
Pela primeira vez Helder, Vink e seus colegas conseguiram efetuar uma medição que resolve o persistente dilema sobre se as explosões de estrelas produzem ou não um número de partículas aceleradas que explique a quantidade de raios cósmicos que atingem a atmosfera da Terra. O estudo da equipe indica que elas realmente o fazem e nos diz diretamente quanta energia é tirada do gás impactado na explosão estelar e usado para acelerar partículas.
“Quando uma estrela explode no que chamamos de supernova, uma grande parte da energia da explosão é usada para acelerar algumas partículas a energias extremamente altas”, diz Helder. “A energia que é usada para acelerar partículas fica às expensas do aquecimento do gás que, portanto, fica muito mais frio do que a teoria prediz”.
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ESO PR Photo 23c/09 |
Os pesquisadores procuraram nos remanescentes de uma estrela que explodiu no ano 185, tal como registrado por astrônomos chineses. Os remanescentes, chamados de RCW 86, ficam localizados a cerca de 8200 anos-luz na direção da constelação de Circinus (o Compasso). Este é provavelmente o mais antigo registro de uma explosão de uma estrela.
Usando o VLT, a equipe mediu a temperatura do gás logo atrás da onda de choque criada pela explosão estelar. Eles também mediram a velocidade da onda de choque, usando imagens obtidas pelo Chandra, no intervalo de três anos, e descobriram que ela se movia a uma velocidade entre 10 e 30 milhões de km/h, entre 1
e 3% da velocidade da luz.
A temperatura medida do gás se revelou de 30 milhões de graus Celsius, o que é bem quente em comparação aos padrões cotidianos, mas muito menos do que o esperado, dada a velocidade medida para a onda de choque. Isto deveria ter aquecido o gás até, ao menos, meio bilhão de graus.
“A energia que falta é o que impulsiona os raios cósmicos”, conclui Vink.
Mais informações
Esta pequisa foi apresentada em um artigo a ser publicado na Science: Measuring the cosmic ray acceleration efficiency
of a supernova remnant, por E. A. Helder et al.
A equipe é composta por E.A. Helder, J. Vink e F. Verbunt
(Instituto Astronômico da Universidade de Utrecht, Holanda),
C.G. Bassa e J.A.M. Bleeker (Instituto Holandês de Pesquisas Espaciais), A. Bamba (Departamento de Astrofísica de Altas Energias ISAS/JAXA, Kanagawa, Japão), S. Funk (Instituto Kavli de Astrofísica de Partículas e Cosmologia, Stanford, EUA), P. Ghavamian
(Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, Baltimore, EUA), K. J. van der
Heyden (Universidade de Cape Town, África do Sul), e R. Yamazaki
(Departamento de Ciência Física, Universidade de Hiroshima, Japão).
Galáxias atingem a “maioridade”
Galáxias chegam à “maioridade” em bolhas cósmicas
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A “maioridade” de galáxias e buracos negros foi identificada, graças aos novos dados do Observatório de Raios-X Chandra da NASA e outros telescópios. Esta descoberta ajuda a compreender a verdadeira natureza das gigantescas bolhas de gás observadas em torno de galáxias muito jovens.
Cerca de uma década atrás, os astrônomos descobriram imensos reservatórios de hidrogênio – que eles batizaram de “bolhas” – ao explorarem jovens galáxias distantes. As bolhas brilham luminosas no espectro visível, porém a fonte da imensa energia necessária para esse brilho e a natureza desses objetos não estavam claras.
Uma longa observação do Chandra identificou, pela primeira vez, a fonte dessa energia. Os dados de raios-X mostram que uma fonte significativa de energia dentro dessas estruturas colossais vem de buracos negros super-maciços que ficam parcialmente obscurecidos por densas camadas de poeira e gás. A pirotecnia da formação de estrelas também parece desempenhar um importante papel – dizem o Telescópio Espacial Spitzer e observações feitas do solo.
“Por dez anos os segredos das bolhas ficou escondido das vistas, mas agora descobrimos sua fonte de energia”, declarou James Geach da Universidade Durham University do Reino Unido que chefiou o estudo. “Agora podemos concluir algumas importantes discussões acerca do papel que elas desempenham na construção original das galáxias e buracos negros”.
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Acredita-se que as galáxias se formam quando o gás flui para dentro sob a ação da gravidade e resfria pela emissão de radiação. Esse processo deveria terminar quando o gás fosse aquecido pela radiação e escapasse das galáxias e seus buracos negros. As bolhas poderiam ser um sinal desse primeiro estágio, ou do segundo.
Com base nos novos dados e em argumentos teóricos, Geach e seus colegas mostram que o aquecimento do gás pelos buracos negros super-maciços e as emissões das estrelas em formação, em lugar de resfriar o gás, mais provavelmente energiza as bolhas. Isso implica em que as bolhas representam um estágio onde as galáxias e os buracos negros estão apenas começando a desligar seu rápido crescimento por causa desses processos de aquecimento. Este é um estágio crucial da evolução de galáxias e buracos negros – conhecido como “feedback” – e um que os astrônomos faz tempo tentam compreender.
“Nós estamos vendo sinais de que as galáxias e buracos negros dentro dessas bolhas que estão atingindo a maioridade e agora estão empurrando o gás para fora para impedir um futuro crescimento”, diz o co-autor Bret Lehmer, também de Durham. “As galáxias maciças têm que passar por um estágio assim, ou elas formariam estrelas demais e acabariam ficando ridiculamente grandes nos dias atuais”.
O Chandra e uma coleção de outros telescópios, inclusive o Spitzer, observaram 29
bolhas em um grande campo nos céus, batizado de “SSA22.” Essas bolhas, que medem centenas de milhares de anos-luz, são vistas como eram quando o Universo tinha apenas cerca de dois bilhões de anos, ou seja: aproximadamente 15% de sua idade atual.
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Em cinco dessas bolhas, os dados do Chandra revelaram a assinatura de buracos negros super-maciços em desenvolvimento – uma fonte puntual que brilha fortemente na faixa dos raios-X. Acredita-se que existam esses buracos negros gigantes nos centros da maioria das galáxias, inclusive a nossa. Outras três bolhas nesse campo mostram prováveis indícios desses buracos negros. Com base em outras observações, inclusive do Spitzer, a equipe de pesquisadores foi capaz de estabelecer que várias dessas galáxias também são dominadas por notáveis níveis de formação de estrelas.
De acordo com os cálculos, a radiação e os poderosos fluxos vindos desses buracos negros e estrelas em formação são suficientemente energéticos para causar o brilho do gás de hidrogênio nas bolhas onde residem. Nos casos onde as assinaturas desses buracos negros não foram detectadas, as bolhas são, em geral, menos luminosas. Os autores mostram que buracos negros com energia suficiente para “iluminar” essas bolhas ainda seriam muito fracos para serem detectados, dada a extensão das observações feitas pelo Chandra.
Além de explicar a fonte de energia dessas bolhas, esses resultados ajudam a explicar seu futuro. Dentro do cenário de aquecimento, o gás nessas bolhas não se resfriaria para formar estrelas e iria se somar ao gás aquecido que se encontra nos espaços intergaláticos. A própria SSA22 pode evoluir para um maciço aglomerado galático.
Segundo Geach: “No início, as bolhas devem ter alimentado suas galáxias, mas o que vemos agora parecem mais ser sobras. Isso quer dizer que teremos que procurar ainda mais atrás no tempo para flagrar as galáxias e buracos negros no ato de formarem bolhas”.
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Esses resultados serão publicados na edição de 10 de julho da Astrophysical Journal. O Centro de Voo Espacial Marshall da NASA, em Huntsville, Alabama, gerencia o programa Chandra para a Diretoria de Missões Científicas da NASA em Washington.
O Smithsonian Astrophysical Observatory controla as operações científicas e de voo do Chandra desde Cambridge, Massachusets.
Uma torrente de areia se comporta como água
[ Traduzido daqui: Stream of Sand Behaves Like Water ]
Pesquisas abrem um novo território para experimentos
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Baixos níveis de tensão superficial causam a formação de gotículas semelhantes às de água em fluxos de materiais granulares secos.
Crédito e imagem ampliada |
24 de junho de 2009
Assista a um video em alta velocidade de um fluxo de material granular em queda livre.
Pesquisadores da Universidade de Chicago demonstraram recentemente que materiais secos granulares, tais como areias, sementes e grãos, têm propriedades similares às dos líquidos, formando gotículas semelhantes às da água quando derramados de algum recipiente. A descoberta pode ser importante para uma vasta gama de indústrias que usam partículas secas “fluidizadas” para o refino de petróleo, manufatura de plásticos e produção farmacêutica.
Os pesquisadores até então pensavam que partículas secas não tinham tensão superficial suficiente para formar gotas como os líquidos. Porém, em uma realização inédita, físicos do Centro de Pesquisas e Engenharia de Materiais da Universidade de Chicago, chefiados pelo Professor Heinrich M. Jaeger, usaram fotografia de alta velocidade para medir os diminutos níveis de tensão superficial e detectar a formação de gotas em fluxos de materiais secos granulares.
A revista de ciências Nature
relata a descoberta na edição de 25 de junho. O centro de pesquisas de materiais da Universidade de Chicago é apoiado pela Fundação Nacional de Ciências (NSF).
Até recentemente, os estudos das assim chamadas “torrentes granulares em queda livre” rastreava as mudanças de forma em fluxos de materiais secos, mas não eram capazes de observar a formação de gotas ou os mecanismos de aglomeração envolvidos.
“Os estudos anteriores das torrentes granulares conseguiram detectar a aglomeração com a realização de experiências no vácuo e foram capazes de estabelecer que a aglomeração não era causada pelo atrito com o ar ambiente”, explica Jaeger. “No entanto, a causa da aglomeração permanecia um mistério”.
Porém, nessa nova experiência, os pesquisadores mediram as forças em nanoescala que causam a formação de gotas, usando um dispositivo especial comóvel projetado para uma câmera de alta velocidade, de US 80,000, que captura imagens de uma forma bem parecida ao jeito com que um paraquedista faz para fotografar um colega em queda livre.
Eles observaram micro-esferad de vidro com 100 micrômetros de diâmetro em queda livre, ou areia em fluxo, e descobriram que forças até 100.000 vezes menores do que aquelas que produzem a tensão superficial em líquidos comuns pode causar a formação de gotas em torrentes granulares e fazem com que essas torrentes secas se comportem como um líquido de tensão superficial ultra-baixa.
John Royer, o estudante de pós-graduação em física da Universidade de Chicago que desenvolveu o dispositivo, e seus colegas também mediram diretamente as interações grão a grão com um microscópio de força atômica.
“A princípio nós pensávamos que interações entre grãos seriam fracas demais para influenciar o fluxo da torrente granular”, diz Royer. “A microscopia de força atômica nos surpreendem, demonstrano que pequenas mudanças nessas interações poderiam levar a um grande impacto no fracionamento da torrente, mostrando de maneira conclusiva que essas interações controlavam a formação de gotas”.
Os pesquisadores dizem que a compreensão sobre como os materiais secos coalescem pode levar a uma maior eficiência em seu transporte e manipulação. A produção farmacêutica de pílulas, por exemplo, pode se beneficiar com o derramamento de quantidades iguais de remédios em uma cápsula sempre, o que reduziria grandemente as perdas.
“Estimativas mostram que perdemos 60% da capacidade de produção de muitas instalações industriais devido a problemas relacionados com o transporte desses materiais”, diz said Jaeger. “Assim, mesmo uma pequena melhoria em nossa compreensão sobre como meios granulares se comportam, deve ter um profundo impacto para a indústria”.
Os pesquisadores dizem em seu relatório que esses “resultados experimentais abrem um novo território para o qual ainda não há arcabouço teórico”.
“Nossas experiências fazem duas perguntas para as quais ainda não há uma resposta aceita”, diz Jaeger. “Ambas dizem respeito a como um líquido se separa. Como se dá a separação no limite de tensão superficial ultra-baixa e o que acontece no limite de temperaturas ultra-baixas quando as partículas deixam de se mover com relação às outras?”
“É particularmente notável que uma torrente granular composta de partículas macroscópicas forneça um modelo para explorar o assunto”.
-NSF-
Mudanças climáticas: a natureza dá alertas antecipados
[ Traduzido daqui: Sudden Collapse in Ancient Biodiversity: Was Global Warming the Culprit? ]
Cientistas descobrem sinais de alerta antecipado emitidos por ecossistemas em risco
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Antigas folhas fósseis contam uma história sobre uma súbita perda de biodiversidade que pode acontecer novamente. |
18 de junho de 2009
Os cientistas desenterraram um contundente indício da ocorrência de um súbito colapso da biodiversidade entre as plantas na antiguidade. O achado de folhas fossilizadas com 200 milhões de anos de idade no Leste da Goenlândia conta essa saga, trazendo sua mensagem através dos tempos até o dia de hoje.
Os resultados da pesquisa aparecem na edição desta semana da Science.
Os pesquisadores ficaram surpresos em descobrir que um provável suspeito de ser o responsável pela perda de vida vegetal, era um pequeno aumento do gás de efeito estufa dióxido de carbono que fez com que a temperatura da Terra subisse.
O aquecimento global vem sendo por muito tempo considerado como o culpado por extinções – a surpresa reside em que muito menos dióxido de carbono na atmosfera pode ser necessário para levar um ecossistema além do ponto sem retorno do que se pensava antes.
“Os registros da história climática da antiguidade da Terra têm produzido descobertas espantosas que abalam as fundações de nossos conhecimento e compreensão das mudanças climáticas nos tempos modernos”, diz H. Richard Lane, diretor de
programa na Divisão de Ciências da Terra da Fundação Nacional de Ciências (NSF), que financiou parcialmente a pesquisa.
Jennifer
McElwain do University College Dublin, autora principal do artigo, alerta que o dióxido de enxofre emitido por extensas erupções vulcânicas, pode ter tido também um papel na extinção das plantas.
“Nós não temos meios, atualmente, para detectar mudanças no dióxido de enxofre no passado, de forma que é difícil avaliar se o dióxido de enxofre, além da elevação do dióxido de carbono, influenciou ou não esse padrão de extinção”, diz ela.
O intervalo de tempo em estudo, no limite entre os períodos Triássico e Jurássico, é conhecido há tempos pelas extinções de plantas e animais.
Até esta pesquisa, pensava-se que o ritmo das extinções tinha sido gradual, ocorrendo ao longo de milhões da anos.
Segundo os cientistas, tem sido notoriamente difícil esclarecer os detalhes acerca do ritmo da extinção através dos fósseis, porque os fósseis só podem dar imagens instantâneas ou vislumbres de organismos que uma vez existiram.
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Cientistas recolhem fósseis na Groenlândia |
Empregando uma técnica desenvolvida pelo cientista Peter Wagner do Museus de História Natural de Washington da Smithsonian
Institution, os pesquisadores puderam detectar, pela primeira vez, sinais muito anteriores de que esses antigos ecossistemas já estavam se deteriorando – antes das plantas começarem a se extinguir.
O método revela os sinais de alerta antecipado de que um ecossistema está com problemas, em termos de risco de extinção.
Wagner explica: “As diferenças de abundâncias de espécies nos primeiros 20 metros dos penhascos [no Leste da Groenlândia] onde os fósseis foram coletados, são do tipo esperado. Mas os 10 metros finais apresentam perdas de diversidade dramáticas que excedem em muito o que poderíamos atribuir a um erro na coleta: os ecossistemas tinham cada vez menos espécies”.
Acredita-se que, por volta de 2100, o nível do dióxido de carbono na atmosfera do planeta possa chegar até duas e meia vezes o nível atual.
McElwain diz: “Esse é o cenário da pior hipótese, mas é exatamente esse o nível [900 partes por milhão] em que detectamos a falência da biodiversidade na antiguidade”.
“Precisamos prestar atenção aos sinais de alerta antecipado da deterioração dos ecossistemas atuais. Nós aprendemos com o passado que altos níveis de extinção de espécies – até 80% delas – podem ocorrer muito de repente, mas eles são precedidos por um longo intervalo de mudanças ecológicas”.
A maior parte dos ecossistemas modernos ainda não chegou ao ponto sem retorno em resposta às mudanças climáticas, segundo os cientistas. Porém muitos já entraram em um período de mudança ecológica prolongada.
“Os sinais de aleta antecipado são ofuscantemente óbvios”, declara McElwain. “As maiores ameaças à manutenção dos atuais níveis de biodiversidade são as mudanças no uso da terra, tais como o desflorstamento. Porém até mudanças relativamente pequenas no dióxido de carbono e na temperatura podem ter consequências inesperadamente severas sobre a saúde dos ecossistemas”.
O artigo, “Fossil
Plant Relative Abundances Indicate Sudden Loss of Late Triassic
Biodiversity in East Greenland”, tem como co-autores McElwain, Wagner
e Stephen Hesselbo da Universidade de Oxford.
Como elas sabem se eles vão ser bons pais?
Seleção de Parceiros: Como ela sabe se ele vai tomar conta dos filhos?
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New Haven, Connecticut — Por todo o reino animal, cores berrantes e comportamentos elaborados servem como “anúncios” para atrair parceiras. Mas o que esses anúncios prometem e o que há de verdade nessa propaganda? Os pesquisadores em Yale teorizam que, quando os machos têm que ajudar na criação de suas crias, os sinais emitidos pelos machos serão consistentemente honestos — e que eles podem devotar mais energia para cuidar das crias do que em serem atraentes.
A ideia de que os machos exibem suas melhores qualidades para atrair as fêmeas, não é nova, nem a ideia de que eles podem estar fazendo uma propaganda enganosa. Mas novas descobertas revelam que a honestidade na propaganda é um dos maiores fatores de sucesso da mesma, como verificado por Natasha Kelly, uma estudante de pósgraduação em ecologia e biologia evolutiva em Yale e principal autora do estudo.
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A cauda rodada de um pavão — ou o gestual e a postura agressivos de um sujeito em um bar — são “anúncios” ou comportamentos de acasalamento que custam um bocado de energia para manter. Quando a energia de um macho fica pesadamente focalizada em manter sua aparência, ele pode ter deixado bem pouca energia para cuidar das crias. Mas isso pode não ser importante, dizem os pesquisadores — para as espécies onde eles realmente não precisam cuidar dos filhos.
Pesquisas anteriores sugeriam que, em determinadas circunstâncias, os machos poderiam estar sendo desonestos acerca de suas habilidades como pais e ainda assim terem alto índice de sucesso reprodutivo. Este novo modelo, publicado na versão online de Proceedings of the Royal Society B,
examina a confiabilidade dos sinais de acasalamento emitidos pelos machos, quando eles têm que cuidar de suas crias — um aspecto que estava ausente nos estudos anteriores.
Existem várias espécies nas quais os machos poderiam, mas não têm que, ajudar na criação dos filhos — porque as fêmeas podem escolher os relapsos. Os pesquisadores de Yale se focalizaram nessas espécies, tais como o esgana-gata, na qual as fêmeas não podem se dar ao luxo de escolher os malandros e machos que não cuidem das crias, porque isso aumenta demais os riscos para a sobrevivência da progenia.
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“Este novo trabalho mostra que, quando os machos não conseguem escapar do custo de cuidar das crias, suas propagandas tenderão a informar de maneira confiável sua capacidade em prover cuidados para as crias”, declara a autora sênior Suzanne Alonzo, professora assistente de ecologia e biologia evolutiva em Yale.
“Esse item tem maior peso onde os machos são obrigados a dar proteção às crias”, explica Kelly. “Nesse caso, o cara quieto no canto pode estar fazendo a propaganda mais confiável sobre ser um bom par”.
Esta pesquisa foi financiada pela Fundação Nacional de Ciências e pela Universidade Yale.
Artigo: Proceedings of the Royal Society B, publicado online antes da versão impressa em 11 de junho de 2009,
doi: 10.1098/rspb.2009.0599
Suzanne Alonzo http://www.eeb.yale.edu/alonzo/index.htm
ecology and evolutionary biology http://www.eeb.yale.edu/
Natasha Kelly http://www.eeb.yale.edu/people/fourth.htm
Supercondutores
Pesquisa que emprega duas técnicas complementares melhora a compreensão sobre materiais supercondutores
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Os pesquisadores empregaram duas técnicas para estudar materiais supercondutores em altas temperaturas. |
15 de junho de 2009
A supercondutividade é um estado peculiar onde os elétrons se movem livremente dentro de um material sólido. Essa completa ausência de resistência elétrica pode se traduzir em cabos de transmissão de energia elétrica incrivelmente eficientes, assim como em várias outras tecnologias promissoras.
Mas há um probleminha. A maior parte dos materiais supercondutores só fica supercondutora em temperaturas extremamente baixas, frequentemente nas vizinhanças do zero absoluto (em torno de -273°C). Para resfriar um material o bastante para que seus elétrons se tornem “descolados” de seus átomos, os cientistas precisam banhá-lo continuamente em hélio líquido, uma tarefa dispendiosa e complicada.
Nos anos 1980, os pesquisadores decobriram grupos de materiais que perdem a resistência elétrica em temperaturas bem mais quentes, de até -218°C. Muitos desses supercondutores de “alta-temperatura” podem ser resfriados com nitrogênio líquido,
que ferve a escassos -196°C e é muito mais barato e fácil de usar do que o hélio líquido.
Mas o Santo Graal da supercondutividade seria um material que perdesse a resistência à temperatura ambiente. A fim de descobrir tal prêmio, no entanto, os pesquisadores precisam compreender melhor de que maneira funcionam os supercondutores de alta-temperatura atuais.
As duas técnicas complementares
Um grupo de cientistas, financiado pela Divisão de Pesquisa de Materiais da Fundação Nacional de Ciências (National Science Foundation = NSF), realizou uma pesquisa que abordou a supercondutividade em altas temperaturas por dois caminhos diferentes. Os professores Vidya
Madhavan e Hong Ding do Boston College, juntamente com uma equipe internacional de pesquisadores, usou tanto a microscopia de tunelamento (scanning tunneling microscopy = STM), como a espectroscopia fotoelétrica de resolução angular (angle-resolved photo-electron spectroscopy = ARPES) para estudar o mesmo material, uma cerâmica feita de camadas de óxidos de cobre. Os resultados obtidos foram relatados em Physical Review Letters.
“A STM nos informa acerca das propriedades eletrônicas do material no nível atômico”, explica Madhavan. “Enquanto isso, a ARPES nos dá informações acerca do momento dos elétrons, ou seja, suas velocidades e direções. Empregando essas duas técnicas complementares, podemos obter um quadro mais completo do que acontece”.
De acordo com Madhavan, a STM é simples em conceito: “Se aproxima a ponta de um fio metálico bem para perto da superfície do material em estudo e então se aplica uma pequena voltagem”, ela descreve. Por causa da proximidade entre o material e o fio, no intervalo de poucos Ångstroms entre si, a mecânica quântica entra em cena.
“Embora os elétrons não tenham energia suficiente para saltar da superfície para o fio e vice-versa, a mecânica quântica diz que existe uma possibilidade finita de descobrir um elétron do outro lado”, explica
Madhavan. “Isto se chama tunelamento quântico e nós usamos isso para conduzir um sinal elétrico que pode ser medido como uma corrente”.
Portanto, a corrente elétrica é sensível à distância entre a amostra e a ponta. “Se houver calombos causados por átomos individuais, a distância muda enquanto se escaneia”, diz Madhavan. “Podemos medir essas mudanças e plotar a topografia do material. É como se passassemos o dedo por uma superfície áspera”.
Medindo o Momento
A STM busca a posição de grande número de elétrons no espaço real. Em contraste, a ARPES obtem informação sobre a média das velocidades e direções de um grande número de elétrons no espaço.
A ARPES funciona segundo o princípio fotoelétrico. Uma corrente de fótons atinge a superfície do material, empurrando para fora elétrons, de forma que se pode medir sua energia e momento. Os pesquisadores podem empregar esses dados para calcular o momento dos elétrons dentro do material.
“Pense em uma bola rolando por uma rua”, explica Madhavan. “Ela tem uma velocidade, o que implica em uma direção de movimento. O momento é a velocidade de um objeto vezes sua massa, de forma que o momento da bola tem uma direção, já que sua velocidade tem uma direção”.
A mesma coisa se verifica para elétrons que se movem em um sólido, de acordo com Madhavan. “Se pudermos definir a direção e a velocidade com que os elétrons estão se movendo, conheceremos o momento”, disse ela.
“Uma vez que o material é cristalino, seus átomos ficam dispostos em um padrão ordenado que se repete”, prossegue
Madhavan. “Cada um deles atrais ou repele os elétrons negativos, de forma que estes “sentem” coisas diferentes quando se movem em diferentes direções. Seus momentos – ou seja, como eles se comportam em diferentes direções – é realmente muito importante”.
Gaps e Pseudogaps
Os cientistas usaram tanto STM como ARPES para estudar o Bi 2201 (Bi2Sr2-xLaxCuO6+d),
um óxido de bismuto-cobre com alguns átomos de estrôncio substituídos por lantânio. Eles encontraram indícios de dois gaps de energia diferentes no material.
Um gap de energia é uma faixa de energias que os elétrons não podem ter, segundo as regras da mecânica quântica. Para os supercondutores, esse gap é bem conhecido e diretamente relacionado com a TC, a temperatura crítica, abaixo da qual o material perde a resistência.
“Acima da TC não se espera, normalmente, encontrar outro gap de energia”, diz Madhavan.
“Mas em alguns materiais, se encontra um segundo gap que exclui parte dos elétrons – isso é chamado de pseudogap, porque não é um gap completo”. Com esta pesquisa, a equipe estava tentando compreender os pseudogaps.
“Por longo tempo, as pessoas imaginavam que se poderia começar com um material em alta temperatura e ir o resfriando até a fase de pseudogap”, relata
Madhavan. “Então, na medida em que se resfriasse mais ainda, até a TC, o material entraria em uma fase onde só se observaria supercondutividade”.
Porém, tanto a STM como a ARPES mostraram sinais de que existe uma fase de pseudogap dentro da fase de supercondutividade. “Isso significa que as duas fases estão, de alguma forma, competindo e coexistindo”, observa Madhavan. “É possível que os mesmos princípios físicos que levam ao pseudogap, tambem levem à supercondutividade, caso no qual não se pode ter uma sem o outro”.
Em busca dos Pseudogaps
No futuro, a equipe espera procurar por pseudogaps na fase supercondutora de outros materiais de óxidos de cobre. “Eu não quero afirmar que a compreensão do pseudogap vai nos ajudar a desenvolver supercondutores de temperatura ambiente”, acautela Madhavan. “Por outro lado, isso pode nos ajudar a projetar um tipo diferente de material que possa se tornar, eventualmente, um supercondutor de temperatura ambiente”.
Porém Madhavan não está motivada pela utilidade de sua pesquisa. “As aplicações caem do céu inesperadamente a partir desse tipo de descoberta”, diz ela. “Quando não se está buscando nada em particular, se pode, de repente, descobrir uma maneira completamente diferente de usá-la”.
“A razão pela qual estamos tão interessados em compreender o que acontece com esses materiais, é curiosidade acerca do mundo real. É bonito quando se descobre como alguma coisa funciona na natureza”.
| -Artigo original (em inglês) de |
Holly Martin, National Science Foundation |
Pesquisadores
Hong Ding
Ziqiang Wang
Vidya Madhavan
Instituições e Organizações Relacionadas
Departamento de Física do Boston College
Centro de Radiação Synchrotron do Winsconsin
Laboratório de ARPES da Universidade Tohoku
Instituto de Física e Laboratório Nacional de Matéria Condensada, Beijing
Magnetar!
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| IIlustração de um magnetar |
[Traduzido daqui: Giant eruption reveals ‘dead’ star]
16 de junho de 2009
Uma enorme erupção chegou à Terra, após uma viagem de milhares de anos através do espaço. Ao estudar essa explosão com os observatórios espaciais XMM-Newton e Integral da Agência Espacial Européia (ESA), os astrônomos descobriram uma estrela “morta” de um tipo raro: os magnetares.
O jato de raios-X emitidos pela explosão chegaram à Terra em 22 de agosto de 2008 e acionaram um sensor automático do satélite Swift da NASA. Apenas doze horas depois, o XMM-Newton “zerou” no alvo e começou a coletar a radiação, o que permitiu o mais detalhado estudo espectral do decaimento da radiação da explosão de uma estrela que se transformou em um magnetar.
A emissão de raios-X durou por mais de quatro meses, durante os quais centenas de jorros menores foram medidos. Nanda Rea da Universidade de Amsterdam, que liderou a equipe de pesquisa, explica: “Os magnetares nos permitem estudar condições extremas da matéria que não podem ser reproduzidas na Terra”.
Os magnetares são os objetos mais intensamente magnetizados do universo. Seus campos magnéticos são cerca de 10 bilhões de vezes mais fortes do que o da Terra. Se um magnetar surgisse magicamente à meia distância da Terra para a Lua, seu campo magnético apagaria os dados de todos os cartões de crédito na face da Terra.
Estima-se que este magnetar em particular, conhecido como SGR 0501+4516, fique a cerca de 15.000 anos-luz de distância, e ele era desconhecido até que suas emissões o denunciaram. Uma explosão ocorre quando a configuração instável do campo magnético impele para fora a crosta do magnetar, permitindo que a matéria se espalhe pelo espaço em uma erupção vulcânica exótica. Essa matéria interage com o campo magnético que pode, ele próprio, mudar sua configuração, o que libera ainda mais energia. E é aqui que entra em cena o Integral.
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| Observação do Integral |
Apenas cinco dias após a grande erupção, o Integral detectou raios-X altamente energéticos que vinham da explosão, em uma faixa de energia além daquela visível pelo XMMNewton. Foi a primeira vez que uma emissão transitória de raios-X foi detectada durante a explosão. Ela desapareceu em 10 dias e, provavelmente, foi gerada com a mudança da configuração magnética.
Explosões de magnetares podem atingir a Terra com a mesma energia de uma erupção solar, muito embora eles estejam longe de nós, enquanto o Sol está bem próximo. Existem duas teorias sobre como se formam os magnetares. Uma diz que são os pequenos núcleos remanescentes da explosiva morte de uma estrela altamente magnética. No entanto, essas estrelas altamente magnéticas são muito raras – apenas umas poucas são conhecidas em nossa galáxia. A outra supõe que, durante a morte de uma estrela comum, seu pequeno núcleo é acelerado, criando um dínamo que reforça seu campo magnético, o que a tranforma em um magnetar.
Atualmente a maior parte dos astrônomos está a favor da primeira hipótese, mas ainda não há uma prova conclusiva. “Se pudéssemos apenas encontrar um magnetar em um aglomerado de estrelas altamente magnéticas, isso seria a prova”, argumenta Rea.
Até agora, somente 15 magnetares ao todo são conhecidos em nossa galáxia. O SGR 0501+4516 é o primeiro novo repetidor de raios-Gama suaves, um dos dois tipos conhecidos de magnetares, descoberto após um ano de buscas. De forma que os astrônomos continuam a procurar por outros mais, esperando pela próxima erupção gigante. No que toca ao recém-descoberto SGR 0501+4516, a equipe terá a oportunidade de voltar e observá-lo novamente no ano que vem com o XMM-Newton. Agora que eles sabem para onde olhar, esperam detectar o objeto em um estado mais pacífico – em lugar de uma explosão – de forma a poderem estudar a calmaria que se segue à tempestade.
Artigo publicado:
“The first outburst of the new magnetar candidate SGR 0501+4516” por N.Rea, G.L. Israel, R. Turolla, P. Esposito, S. Mereghetti, D. Gotz, S. Zane, A. Tiengo, K. Hurley, M. Feroci, M. Still, V. Yershov, C. Winkler, R. Perna, F. Bernardini, P. Ubertini, L. Stella, S. Campana, M. van der Klis, P.M. Woods, publicado ontem na versão online de Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Previsões para a vindoura Temporada de Furacões
01 de junho de 2009
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A Temporada de Furacões no hemisfério Norte está começando. Para efeitos de referência, o período começa em 1 de junho e vai até 30 de novembro para o Atlântico – no Pacífico, costuma ser entre 15 de maio e 30 de novembro. E o que se pode esperar para esta nova temporada? Quais são os indícios que se pode colher a partir da rede de satélites da NASA, e o que esses dados sugerem?
As previsões são feitas pelo Centro Nacional de Furacões (National Hurricane Center) da Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (National Oceanic and Atmospheric Administration = NOAA) que acompanha todos os tipos de ciclones tropicais, isto é, furacões, tufões, tempestades tropicais e depressões tropicais nas costas do Atlântico e Pacífico. A NASA coleta os dados de satélites e seus cientistas realizam pesquisas sobre os ciclones tropicais.
A esquadra de satélites da NASA que fornecem dados para essas pesquisas e previsões compreende: o satélite da missão Tropical Rainfall Measuring Mission (Missão de Medição de Precipitação Tropical), Aqua, QuikScat, CloudSat, o Geostationary Operational Environmental Satellite (GOES), JASON-1, OSTM/ Jason-2, Landsat e Terra. Exceto o GOES que é gerenciado pela NOAA, todas as missões são controladas ou pelo Centro de Voo Espacial Goddard da NASA, em Greenbelt, Maryland, ou pelo Laboratório
de Propulsão a Jato da NASA, em Pasadena, Califórnia. O Escritório do Projeto GOES da NASA, no centro Goddard, gera as imagens e animações do GOES.
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Usando todos esses satélites e seus instrumentos, os cientistas da NASA recolhem dados sobre vários fatores que dizem se um ciclone tropical irá ganhar ou perder força. Esses dados compreendem: ventos das tempestades e os de superfície; altitudes e temperaturas da superfície do mar; intensidade e área das chuvas; atividade elétrica das tempestades; água e vapor d’água nas nuvens; altitude das nuvens, extensão da cobertura das nuvens e temperatura, umidade e pressão das mesmas; desenvolvimento das nuvens; e o tamanho da tempestade.
Os dados da NASA indicam, atualmente, que as temperaturas da superfície do mar no Atlântico Tropical estão abaixo do normal. Essas temperaturas oceânicas mais frias podem “tirar o alimento” dos furacões nascentes, deixando-os “raquíticos”, uma vez que sua principal fonte de energia são as águas com temperaturas mais altas do que 27°C. Isso sugere que talvez nesta temporada haja menos furacões.
Embora as águas do Atlântico estejam mais frias do que o normal, a primeira depressão tropical desta estação no Atlântico se formou em 27 de maio, em torno do meio-dia (horário de Brasília), nas águas mais quentes da Corrente do Golfo, cerca de 310 milhas ao Sul de Providence, Rhode Island, e daí se moveu para longe do continente e para águas mais frias, o que levou a sua dissipação.
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Enquanto isso, no Pacífico Leste, as condições ditadas por La Niña nos últimos anos estão desaparecendo. Isso também é uma boa notícia, com respeito a temporada de furacões vindoura, já que La Niña tende a empurrar a Corrente de Jato mais para o Norte, o que diminui a força dos ventos nos trópicos que dissipam os furacões. A Corrente de Jato é uma faixa de ar em rápido movimento na troposfera superior que guia zonas de baixa pressão (tempestades) e frentes.
No entanto, ainda é muito cedo para previsões sobre a atividade de furacões, uma vez que muita coisa pode se modificar durante o verão (no Hemisfério Norte). Será que El Niño vai aparecer no Pacífico, ou será que La Niña vai reaparecer de surpresa? O Atlântico vai esquentar durante o verão? E ainda existem algumas “incógnitas”. Desde 1995, o Atlântico entrou em uma fase multi-decenal que favorece o aumento da atividade dos furacões – o que vicia os dados em favor de mais furacões.
No Pacífico, o padrão de “ferradura” quente e “cunha” fria da Oscilação Decenal do Pacífico (Pacific Decadal Oscillation = PDO) ainda é forte na temperatura da superfície do mar e nas imagens da altitude do nível do mar. Essa PDO é uma flutuação de longo prazo na temperatura do Oceano Pacífico que cresce e desaparece a cada 10 a 20 anos.
Os dados mais recentes colhidos pela NASA sobre a temperatura e a altitude da superfície do mar, ilustram claramente a permanência desse padrão que se estende por toda a bacia. “Embora esse padrão da PDO mostre uma tendência a tornar mais remota a formação do El Niño, as águas quentes no Pacífico Ocidental favorecem uma temporada de tufões (o equivalente aos furacões do Pacífico Oriental e do Atlântico) e inibem a dispersão ds furacões sobre o Atlântico e o Caribe”, observa o Dr. William Patzert do Laboratório de Propulsão a Jato (JPL).
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No decorrer do outono as condições atuais podem se modificar. Uma maior vigilância e uma preparação antecipada ainda são as melhores maneiras de se preparar para uma Temporada de Furacões. “Ao longo de costas sujeitas a furacões, esteja pronto; você pode ser nocauteado, não importa qual é a opinião dos experts hoje”, acautela Patzert.
Sempre e seja onde for que um ciclone tropical se formar, os dados dos satélites da NASA fornecerão os dados que auxiliarão os meteorologistas a formarem uma idéia mais clara de como ele vai se comportar.
Matéria original de: Bill Patzert e Rob Gutro
Jet Propulsion Laboratory e Goddard Space Flight Center
