Aquecimento global – CO2 ou CFC?


University of Waterloo

O aquecimento global é causado pelos CFCs, não pelo dióxido de carbono, diz novo estudo

 IMAGEM: Gráfico comparativo das temperaturas globais com as concentrações de CO2 e CFCs na atmosfera.
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WATERLOO, Ontário, Canadá. (quinta-feira, 30 de maio de 2013) — Os clorofuorcarbonetos (CFCs) são os responsáveis pelo aquecimento global desde a década de 1970 e não o dióxido de carbono, de acordo com uma nova pesquisa da Universidade de Waterloo publicada na edição desta semana de International Journal of Modern Physics B.

Já se sabia que os CFCs destruíam a camada de ozônio da atmosfera, porém uma análise estatística profunda mostra agora que os CFCs são também os componentes chave das mudanças climáticas globais e não as emissões de dióxido de carbono (CO2).

“O modo de pensar tradicional diz que a emissão pela atividade humana de gases diferentes dos CFCs, tais como o dióxido de carbono, são os principais causadores do aquecimento. Porém nós observamos os dados até a Revolução Industrial que mostram que essa compreensão convencional está errada”, afirma Qing-Bin Lu, professor de física e astronomia, biologia e química na Faculdade de Ciências de Waterloo. “De fato, os dados mostram que os CFCs, em conspiração com os raios cósmicos, causaram tanto o buraco polar na camada de ozônio, como o aquecimento global”.

“As teorias mais convencionais preveem que as temperaturas globais continuem a aumentar no passo em que os níveis de CO2 levels continuem aumentando, como têm feito desde o entorno de 1850. O que é chocante é que as temperaturas globais, desde 2002, na verdade diminuíram – coincidindo com um declínio dos CFCs na atmosfera”, explica o Professor Lu. “Meus cálculos do efeito estufa dos CFCs mostram um aquecimento global de cerca de 0,6 °C de 1950 a 2002, no entanto a Terra na verdade esfriou a partir de 2002. A tendência de resfriamento deve continuar pelos próximos 50-70 anos, na medida em que a quantidade de CFCs na atmosfera continuar a diminuir”.

As descobertas têm como base uma análise estatística profunda dos dados observados desde 1850 até os dias de hoje, A teoria de reação dos elétrons aos raios cósmicos do Professor Lu (cosmic-ray-driven electron-reaction = CRE) da depleção do ozônio e sua pesquisa anterior sobre a depleção de ozônio sobre a Antártica e temperaturas da superfície global.

 IMAGEM: Gráfico comparativo dos ciclos solares de 11 anos, resfriamento da estratosfera e a camada de ozônio polar. 
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“A ideia geralmente aceita por duas décadas é que a camada de ozônio era depletada pela destruição dos CFCs na atmosfera pela luz ultravioleta do Sol”, prossegue ele. “Em contraste, a teoria CRE diz que os raios cósmicos – partículas de energia originárias do espaço – exercem o papel dominante na ruptura das moléculas que causam a depleção do ozônio e, então, do próprio ozônio”.

A teoria de Lu vem sendo confirmada pelos dados das observações correntes de raios cósmicos, CFCs, ozônio e da temperatura da estratosfera, ao longo de vários ciclos solares de 11 anos. “A CRE é a única teoria que nos fornece uma excelente reprodução das variações em ciclos de 11 anos, tanto das perdas de ozônio polares, como do esfriamento da estratosfera”, afirma o Professor Lu. “Depois de remover o efeito natural dos raios cósmicos, meu novo artigo demonstra uma pronunciada recuperação de ~20% do buraco de ozônio sobre a Antártica, consistente com o declínio dos CFCs na estratosfera polar”.

Comprovando a ligação entre os CFCs, a depleção do ozônio e as mudanças das temperaturas na Antártica, o Professor Lu foi capaz de obter uma relação quase perfeita entre as elevações das temperaturas de superfície globais e os CFCs na atmosfera.

“O clima na estratosfera Antártica foi completamente controlado pelos CFCs e raios cósmicos, sem qualquer impacto do CO2. A mudança na temperatura de superfície global, depois da remoção do efeito solar, não mostrou qualquer relação com o CO2, mas, sim, uma relação linear quase perfeita com os CFCs – um coeficiente de correlação alto como 0,97.”

Dados colhidos de 1850 a 1970, anteriores a qualquer emissão significativa de CFCs, mostram que os níveis de CO2 aumentaram significativamente, como resultado da Revolução Industrial, porém a temperatura global, excluído o efeito solar, se manteve quase constante. O modelo de aquecimento convencional de CO2, sugere que as temperaturas deveriam ter aumentado de 0,6°C ao longo deste período, similar ao período de 1970-2002.

As análises indicam da dominância da teoria CRE de Lu e o sucesso do Protocolo de Montreal sobre Substâncias que Depletam a Camada de Ozônio.

 IMAGEM: Professor Qing-Bin Lu
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“Já sabíamos há algum tempo que os CFCs tinham um efeito realmente danoso em nossa atmosfera e tomamos as medidas para reduzir suas emissões”, diz o Professor Lu. “Agoras sabemos que esforços internacionais, tais como o Protocolo de Montreal, também tiveram um efeito profundo sobre o aquecimento global, porém estas devem ter uma base científica mais sólida”.

“Este estudo sublinha a importância da compreensão da ciência básica subjacente a depleção da camada de ozônio e a mudança climática global”, declarou Terry McMahon, decano da Faculdade de Ciênicas. “Esta pesquisa é de particular importância não só para a comunidade de pesquisas, como também para os responsáveis pelas políticas e o público em geral, na medida em que envisionamos o futuro de nosso clima”.

O artigo do professor Lu, Cosmic-Ray-Driven Reaction and Greenhouse Effect of Halogenated Molecules: Culprits for Atmospheric Ozone Depletion and Global Climate Change, também prevê que o nível global dos mares continuará a subir por alguns anos, na medida em que a camada de ozônio se recupera, e o aumento no derretimento das calotas polares.

“Somente quando o efeito da recuperação da temperatura global obtiver o domínio sobre o da recuperação dos buracos de ozônio polares, tanto as temperaturas, como o derretimento das calotas polares cirão conjuntamente”, afirma Lu.

O artigo, revisto por pares, publicado nesta semana, fornece não só novas compreensões fundamentais sobre os buracos de ozônio e as mudanças climáticas globais, como tem uma capacidade de predição superior em comparação com os modelos convencionais de depleção de ozônio pela luz solar e aquecimento causado pelo aumento do CO2.

 

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Referencia do artigo:

Cosmic-Ray-Driven Reaction and Greenhouse Effect of Halogenated Molecules: Culprits for Atmospheric Ozone Depletion and
Global Climate Change
Qing-Bin Lu, University of Waterloo

Publicado em 30 de maio em International Journal of Modern Physics B Vol. 27 (2013) 1350073 (38 páginas).

O artigo está disponível online em: http://www.worldscientific.com/doi/abs/10.1142/S0217979213500732


Nota do Tradutor:

Publico este post, recomendando sua absorção com mais do que uma pitada de sal… Primeiro porque as credenciais do Professor Lu são as de um  homem-dos-sete-instrumentos. Segundo porque nenhuma agência noticiosa repercutiu ainda uma novidade tão bombástica.

Ver para crer…

Novo fenômeno observado em um Magnetar

29 de maio de 2013
Os astrônomos que empregam o Telescópio Espacial de Raios-X Swift da NASA, observaram a súbita diminuição da velocidade de rotação de uma estrela de nêutrons, o que pode dar pistas para compreender o que se passa nesses objetos estelares extremamente densos.

Uma estrela de nêutrons é o núcleo esmagado de uma estrela massiva que extinguiu seu combustível, colapsou sob seu próprio peso e explodiu como uma supernova. Uma estrela de nêutrons pode girar tão rápido quanto 43.000 rotações por minuto e exibir um campo magnético um trilhão de vezes mais forte do que o da Terra. A matéria de uma estrela de nêutrons é tão densa que uma colher de chá dessa matéria pesaria cerca de um bilhão de toneladas na Terra.

artist's rendering of an outburst on an ultra-magnetic neutron star, also called a magnetar

Uma concepção artística de uma emanação partida de uma estrela de nêutrons magnética, também chamada de magnetar.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
›Imagem ampliada

Esta estrela de nêutrons, 1E 2259+586, fica a cerca de 10.000 anos-luz da Terra, na direção da constelação Cassiopeia. Ela é uma das cercas de duas dúzias de estrelas de nêutrons chamadas magnetares, que têm poderosos campos magnéticos e ocasionalmente produzem explosões ou pulsos de alta energia.

As observações dos pulsos de Raios-X da 1E 2259+586, de julho de 2011 até meados de abril de 2012, indicavam que a rotação do magnetar estava diminuindo gradualmente, desde uma vez a cada sete segundos, ou seja: cerca de oito revoluções por minuto. Em 28 de abril de 2012, os dados mostraram que a taxa de rotação caiu abruptamente em 2,2 milionésimos de segundo e que o magnetar estava freando sua rotação mais rapidamente.

false-color X-ray image of the CTB 109 supernova remnant

O 1E 2259+586 brilha em um branco azulado luminoso nesta imagem de raios-X com cores falsas dos remanescentes da supernova CTB que ficam a cerca de 10.000 anos-luz de distância na direção da constelação Cassiopeia. A CTB 109 é somente um dos três remanescentes de supernovas em nossa galáxia conhecidos por abrigarem um magnetar. Os raios-X de baixa, média e alta energias são mostrados respectivamente nas cores vermelho, verde e azul nesta imagem criada a partir de observações obtidas pelo satélite XMM-Newton da Agência Espacial Européia em 2002.
Crédito: ESA/XMM-Newton/M. Sasaki et al.
› Imagem ampliada
“Os astrônomos testemunharam centenas de eventos, chamados glitches, associados com súbitos aumentos na rotação de estrelas de nêutrons, porém esta súbita diminuição da rotação nos pegou com a guarda baixa”, declarou Victoria Kaspi, professora de física na Universidade McGill  em Montreal. Ela lidera uma equipe que usa o Swift para monitorar os magnetares rotineiramente.

O astrônomos batizaram o evento de “anti-glitch”, segundo o co-autor Neil Gehrels, principal investigador  da missão Swift no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “Ele afetou o magnetar de maneira exatamente oposta a qualquer outro glitch claramente identificado em qualquer outra estrela de nêutrons já visto”.

Esta descoberta tem importantes implicações para a compreensão das extremas condições físicas presentes dentro das estrelas de nêutrons, onde a matéria é comprimida até densidades várias vezes maiores do que em um núcleo atômico. Nenhum laboratório na Terra consegue duplicar essas condições.

Um relatório das descobertas será publicado na edição de 30 de maio da Nature.

artist concept of neutron star compared to satellite image of Manhattan for scale

Uma estrela de nêutrons é o objeto mais denso que os astrônomos podem observar diretamente, onde meio milhão de massas da Terra são comprimidos em uma esfera de cerca de 24 km de diâmetro, ou seja, mais ou menos o tamanho da ilha de Manhattan, como mostrado nesta ilustração.
Crédito: Centro de Voo Espacial Goddard da NASA
› Imagem ampliada

A estrutura interna das estrelas de nêutrons é um quebra-cabeças há muito tempo. A teoria corrente mantém que uma estrela de nêutrons tem uma crosta feita de elétrons e íons; um interior que contém extravagâncias que incluem um superfluido de nêutrons, que é um bizarro estado da matéria sem fricção; e uma superfície que acelera correntes de partículas de alta energia através do intenso campo magnético da estrela.

As partículas das correntes drenam a energia da crosta. A crosta perde rotação, porém o fluido no interior resiste a essa frenagem. Esta tensão fratura a crosta. Quando isso acontece, ocorre um a glitch. Acontece uma emissão de raios-X e a estrela ganha um impulso na rotação de seu interior que está girando mais rápido.

Um processo que leve a uma súbita frenagem na rotação  constituí um novo desafio teórico.

Em 21 de abril de 2012, apenas uma semana antes do Swift observar o anti-glitch, a 1E 2259+586 produziu uma emissão breve porém intensa de raios-X, detectada pelo Monitor de Raios-X a bordo do Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA. Os cientistas pensam que esta erupção de luz de alta energia de 36 milissegundos provavelmente assinalou as mudanças que causaram a frenagem do magnetar.

“O que é realmente digno de nota neste evento é a combinação da frenagem abrupta do magnetar, a emissão de raios-X e o fato de que agora observamos a estrela girando cada vez mais devagar”, diz o principal autor, Robert Archibald, estudante de pós-graduação na McGill.

O Centro Goddard gerencia o Swift, lançado em novembro de 2004. O telescópio é operado em colaboração com a Universidade do Estado da Pennsylvania em University Park, o Laboratório Nacional de Los Alamos no Novo México e a Orbital Sciences Corp. em Dulles, Virgínia. Os colaboradores internacionais são o Reino Unido e a Itália e a missão conta com contribuições da Alemanha e do Japão.

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Fonte: NASA’s Swift Reveals New Phenomenon in a Neutron Star

A maioria dos cientistas concorda: as atividades humanas estão causando mudanças climáticas

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Poluição atmosférica. Imagem da WikiPedia Commons

De vez em quando, eu recebo de um amigo um daqueles emails que circulam anonimamente pela web denunciando “a farsa do aquecimento global”, sempre supostamente assinado por “um importante grupo de cientistas”, cheios de títulos de PhD para cima. Outros, me mandam links para a entrevista do Doutor Ricardo Augusto Felício no Programa do Jô. Sem contar os que acreditam piamente nos “estudos” financiados e divulgados pelo The Heartland Institute (financiado, por sua vez, por companhias “idôneas” como a Phllip Morris e as “sete irmãs“)

O bordão é sempre o mesmo: “não há um verdadeiro consenso de que estejam realmente acontecendo mudanças climáticas e, mesmo que estejam, não há consenso que elas sejam causadas pela atividade humana”.

Pois bem, pessoal!… Para desfazer esse engano que a mídia adora alimentar quando está sem assunto, um grupo de cientistas de verdade (da Austrália, do Canada, do Reino Unido, da Finlândia, dos Estados Unidos e da Alemanha) resolveu verificar tudo o que foi publicado – em termos de artigos científicos submetidos à revisão pelos pares (“peer reviewed”) – entre 1991 e 2011.

Uma das participantes desse grupo, a professora Sarah Green, catedrática de química da Universidade Tecnológica do Michigan, tornou públicas as contagens de artigos que afirmam e que negam que as mudanças climáticas não só estão em curso, como são resultado da ação humana.

“Modestos” 97% (faço questão de dizer por extenso: noventa e sete por cento) dos cientistas concordam que as mudanças climáticas estão em curso e são antropogênicas!

Entre outros comentários, Green disse: “Achei fascinante ver o conjunto de implicações das mudanças climáticas identificados nos extratos dos artigos — muito além daquilo que costumamos ouvir sobre o assunto. Nesses artigos, tudo foi examinado, o que inclui: a produção de chá no Sri Lanka, as listras das salamandras, desnutrição infantil, frequência de queda de raios, a distribuição da espécie de cactos opuntia (e de pinheiros, bosques de kelp, javalis selvagens, pinguins, peixes árticos, leishmaniose canina e diversas outras espécies), atividade mitocondrial de transporte de elétrons em mariscos, absorção de cobre por peixinhos dourados, nevascas de efeito-lago, a velocidade de rotação da Terra e a prevalência de raposas peladas na Islândia”.

Green diz também ter encontrado vários artigos que tratavam sobre a mitigação dos efeitos das mudanças climáticas.

Os resultados dessa pesquisa estão no artigo publicado hoje em  Environmental Research Letters (Quantifying the consensus on anthropogenic global warming in the scientific literatureJohn Cook, Dana Nuccitelli, Sarah A Green, Mark Richardson, Bärbel Winkler, Rob Painting, Robert Way, Peter Jacobs e Andrew Skuce).

Então, quando alguém afirmar que não há consenso entre os cientistas sobre a existência de mudanças climáticas e que elas são causadas pela atividade humana, lembre-se que 97% (noventa e sete por cento) dos cientistas concordam; apenas 3% discordam… E esses 3% são o mesmo tipo de “cientista” que diz que cigarros não causam câncer (ou um eminente geógrafo e climatologista brasileiro).

(Via Eurekalert)

O “Planeta de Einstein”


Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Novo processo de procura por planetas faz sua primeira descoberta

 IMAGEM: Concepção artística do “Planeta de Einstein “, formalmente conhecido como Kepler-76b

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Detectar exoplanetas é um grande desafio, uma vez que eles são pequenos, tênues e próximos de estrelas. As duas técnicas mais prolíficas para descobrir exoplanetas são a velocidade radial (procurar por estrelas oscilantes) e trânsitos (procurar por estrelas cujo brilho fica, de vez em quando, atenuado). Uma equipe da Universidade de Tel Aviv e o Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian (Center for Astrophysics = CfA) acaba de descobrir um exoplaneta usando um novo método que se baseia na Teoria da Relatividade Restrita de Einstein.

“Nós procuramos por efeitos muito sutis. Precisávamos de medições de alta qualidade do brilho estelar, com uma precisão de poucas partes por milhão” disse o membro da equipe David Latham do CfA.

“Isso só foi possível por conta dos refinados dados que a NASA vem coletando com a sonda Kepler”, acrescenta o autor principal Simchon Faigler da Universidade de Tel Aviv, Israel.

Muito embora a Kepler tenha sido projetada para descobrir planetas em trânsito, este planeta não foi identificado por meio do processo de trânsito. Em lugar disto, ele foi descoberto com o emprego de uma técnica inicialmente proposta por Avi Loeb do CfA e seu coelga Scott Gaudi (agora na Universidade do Estado de Ohio) em 2003. (Coincidentemente, eles desenvolveram sua teoria enquanto visitavam o Instituto de Estudos Avançados em Princeton, onde Einstein trabalhou).

O novo processo procura por três pequenos efeitos que ocorrem simultaneamente quando um planeta orbita uma estrela. O efeito de “farol relativístico” de Einstein que faz que a estrela brilhe mais quando se move em nossa direção (como o sinal luminoso de um farol), puxada pelo planeta e se atenue quando se move para longe. Essa luminosidade maior resulta do acúmulo de energia dos fótons e do fato de ficar focalizada na direção do movimento da estrela devido a efeitos relativísiticos.

“Esta é a primeira vez que este aspecto da Teoria da Relatividade de Einstein foi usado para descobrir um planeta”, diz o co-autor Tsevi Mazeh da Universidade de Tel Aviv.

A equipe também procurou indícios de que a estrela se deformasse por conta das marés gravitacionais do planeta em órbita. A estrela pareceria mais brilhante quando observada ao longo do eixo maior do “ovoide”, por conta da maior área de superfície exposta, e mais tênue quando vista “de ponta”. O terceiro pequeno efeito é devido à luz estelar refletida pelo próprio planeta.

Uma vez identificado o novo planeta, isto foi confirmado por Latham, usando as observações de velocidade radial obtidas pelo espectrógrafo TRES do Observatório Whipple no Arizona e por Lev Tal-Or (Universidade de Tel Aviv), usando o espectrógrafo SOPHIE no Observatório de Haute-Provence na França. Uma olhada mais cuidadosa nos dados do Kepler também mostrou o planeta em trânsito diante de sua estrela, uma confirmação adicional.

O “Planeta de Einstein” – formalmente conhecido como Kepler-76b, é um “Júpiter quente” que orbita sua estrela a cada 1,5 dias. Seu diâmetro é cerca de 25% maior que o de Júpiter e sua massa e duas vezes maior. Ele orbita uma estrela tipo F, localizada a cerca de 2.000 anos-luz da Terra na constelação de Cygnus (Cisne).

O planeta está em rotação sincronizada com sua estrela, mostrando sempre a mesma face para ela, do mesmo jeito que a Lua com a Terra. Por causa disso, Kepler-76b assa a uma temperatura de cerca de 2.000°C.

Curiosamente, a equipe encontrou fortes indícios de que o planeta tenha ventos de “corrente de jato” extremamente rápidos que transportam o calor por toda sua superfície. Por conta disto, o ponto mais quente de Kepler-76b não fica exatamente no “meio dia” (o ponto mais próximo da estrela), mas em uma posição a cerca de 20.000 km. Este efeito só tinha sido observado antes em HD 189733b e somente na faixa do infravermelho do Telescópio Espacial Spitzer. Esta foi a primeira vez que observações na faixa da luz visível mostram indícios de correntes de jato em um exoplaneta.

Embora o novo processo não seja capaz de encontrar planetas do tamanho da Terra com a tecnologia atual, permite aos astrônomos uma oportunidade ímpar para novas descobertas. Diferentemente das buscas por velocidade radial, ele não precisa de espectros de alta precisão. Diferentemente do processo de trânsitos, não precisa de um alinhamento preciso entre estrela e planeta quando vistos da Terra.

“Cada técnica de caça aos planetas tem  suas virtudes e seus defeitos. E cada nova técnica que acrescentamos ao arsenal, nos permite sondar por planetas em situações diferentes”, diz Avi Loeb do CfA.

O Kepler-76b foi identificado pelo algoritmo BEER, acrônimo de [relativistic] BEaming, Ellipsoidal, and Reflection/emission modulations (modulações de farol relativístico, elipsoidais e de reflexão/emissão), desenvolvido pelo Professor Tsevi Mazeh e seu estudante Simchon Faigler na Universidade de Tel Aviv, Israel.

 

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Diamantes com defeito?… Perfeito!


DOE/Lawrence Berkeley National Laboratory

Diamantes defeituosos prometem sensibilidade perfeita

Pesquisadores do Laboratório Berkeley e seus colegas estendem o spin dos elétrons nos diamantes para fazer detectores magnéticos incrivelmente pequenos

 IMAGEM: Um centro de vacância de nitrogênio é um tipo de defeito puntual na estrutura cristalina de um diamante, no qual um átomo de nitrogênio fica no lugar de um átomo de carbono e fica uma vaga imediatamente adjacente ao nitrogênio.Clique aqui para mais informações.

Desde o cérebro, passando pelo coração e chegando ao estômago, os corpos dos animais geram campos magnéticos fracos que um detector ultra sensível poderia usar para descobrir doenças, rastrear drogas – e, quem sabe?… até ler mentes. Sensores do tamanho da unha do polegar poderiam mapear depósitos de gás no subsolo, analisar substâncias químicas e descobrir explosivos que poderiam se esconder de outras sondas.

Agora os cientistas do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley (Berkeley Lab) do Departamento de Energia e da Universidade da California em Berkeley, em conjunto com seus colegas da Universidade Harvard, conseguiram aumentar o desempenho de um dos sensores mais potentes possíveis de campos magnéticos em nanoescala – um defeito em um diamante do tamanho de um par de átomos, chamado um “centro de vacância de nitrogênio” (nitrogen vacancy = NV center).

As descobertas da equipe de pesquisadores pode eventualmente permitir a fabricação de relógios menores que um chip de computador e, ainda assim, precisos até uns poucos quatrilhões de segundo, ou sensores de movimentoa mais rápidos e com maior tolerância a temperaturas extremas do que os giroscópios em smartphones. Não demora muito e um chip barato de diamante pode ser capaz de nuclear um computador quântico. A equipe relata seus resultados em Nature Communications.

Um sensor feito de diamante

Centros de vacância de nitrogênio são um dos defeitos mais comuns em diamantes. Quando um átomo de nitrogênio substitui um átomo de carbono no cristal de diamante e fica emparelhado com um espaço vazio (onde falta um átomo de carbono que devia estar lá), neste centro fica um número de elétrons, soltos dos átomos de carbono que deveriam estar naqueles lugares.

Os estados dos spins dos elétrons são bem definidos e muito sensíveis a campos magnéticos, campos elétricos e luz*, de forma que podem ser facilmente dispostos, ajustados e lidos por lasers.

“Os estados de spin dos centros NV são estáveis ao longo de um amplo espectro de temperaturas, de muito quente a muito frio”, diz Dmitry Budker da Divisão de Ciência Nuclear do Berkeley Lab, que também é professor de física da UC Berkeley. Mesmo pequenas lascas de diamante que custam centavos por grama, podem ser usadas como sensores, porque, como afirma Budker, “nós podemos  controlar o número de centros NV no diamante apenas os irradiando ou assando”, ou seja, dando-lhes têmpera.

O desafio é manter a informação inerente nos estados de spin do centro NV, uma vez que esta tenha sido lá codificada, sem deixá-la vazar antes que se possa realizar medições: nos centros NV, isso requer a extensão do que é chamado de tempo de “coerência” dos spins dos elétrons, ou seja, o tempo que os spins permanecem sincronizados entre si.

Recentemente Budker trabalhou com Ronald Walsworth de Harvard em uma equipe que incluía Nir Bar-Gill de Harvard e  Andrey Jarmola pesquisador pós-doutorado da UC Berkley. Eles conseguiram estender o tempo de coerência de um conjunto de spins de elétrons de um centro NV por mais de duas ordens de magnitude acima das experiências anteriores.

“Para mim, o aspecto mais entusiasmante deste resultado é a possibilidade de estudar as mudanças nas formas com que os centros NV interagem entre si”, diz Bar-Gill, autor principal do artigo e que estará indo para a Universidade Hebraica em Jerusalém no segundo semestre deste ano. “Isto é possível porque os tempos de coerência são muito mais longos do que aquele necessário para as interações entre os centros NV”.

E Bar-Gill acrescenta: “Agora podemos imaginar a engenharia de amostras de diamantes para realizar arquiteturas de computação quântica”. Os centros NV interativos fazem o papel dos bits em computadores quânticos, chamados qubits. Onde um dígito binário (bit) representa um 0 ou 1, um qubit representa 1 e 0 superpostos, um estado tipo “Gato-de-Schrödinger” simultâneo que persiste enquanto os estados forem coerentes, até que uma medição seja feita e faça colapsar todos os qubits emaranhados de uma só vez.

“Nós empregamos alguns truques para nos livrarmos de fontes de descoerência”, diz Budker. “Um deles foi usar amostras de diamante especialmente preparadas para serem feitas apenas de puro carbono-12”. Os diamantes naturais incluem uma pequena quantidade do isótopo carbono-13, cujo spin nuclear acelera a descoerência dos spins dos elétrons dos centros NV. O carbono-12 tem um spin nuclear zero.

“O outro truque foi baixar a temperatura até a do nitrogênio líquido”, diz Budker. A descoerência foi reduzida pelo resfriamento das amostras a 77°K, abaixo da temperatura ambiente, mas facilmente obtenível.

Trabalhando em conjunto no laboratório de Budker, os membros da equipe montaram os diamantes dentro de um criostato. Um feixe de laser atravessando o diamante, conjugado com um campo magnético, ajustou os spins dos elétrons no centro NV e os fez emitir fluorescência.  O brilho fluorescente foi a medida da coerência dos estados de spin.

“Controlar o spin é essencial”, explica Budker, “de forma que pegamos emprestada uma ideia da ressonância magnética nuclear”  – a base de procedimentos familiares como o Imageamento por Ressonância Magnética (MRI) nos hospitais.

Embora seja diferente do spin nuclear, a coerência dos spins dos elétrons pode ser estendida com técnicas semelhantes. Assim, quando os estados dos spins nos centros NV chegavam à beira da descoerência, os pesquisadores chacoalhavam o diamante com uma série de até 10.000 curtos pulsos de micro-ondas. Os pulsos invertiam os spins dos elétrons quando começavam a perder o sincronismo mútuo, produzindo “ecos” nos quais os spins invertidos se auto-ajustavam. A coerência era re-estabelecida.

Eventualmente os pesquisadores conseguiram tempos de coerência de spin de mais de meio segundo. “Nossos resultados são realmente brilhantes para o sensoreamento de campos magnéticos e informação quântica”, brinca Bar-Gill.

Longos tempos de coerência de spin se soma às vantagens que os diamantes já têm, colocando os NVs de diamantes na vanguarda dos potenciais candidatos para computadores quânticos práticos – uma busca favorita dos pesquisadores de Harvard. O que o grupo de Budker acredita ser uma perspectiva ainda mais interessante é o potencial que os longos tempos de coerência apresentam no sensoreamento de campos magnéticos, com aplicações que vão da biofísica à defesa.

 

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“Solid-state electronic spin coherence time approaching one second”, por Nir Bar-Gill, Linh M. Pham, Andrey Jarmola, Dmitry Budker e Ronald L. Walsworth,será publicado na edição de 23 de abril de 2013 da  Nature Communications, online em http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n4/full/ncomms2771.html.


Nota do tradutor: [*] Considerando que os fótons – as partículas de luz, não só a visível, mas todas as frequências – são portadores dos campos elétricos e magnéticos, é claro que se algo é sensível aos campos elétricos e magnéticos terá que ser sensível à luz… Enfim…

Telescópio Hubble encontra “lixo” planetário em estrelas mortas


ESA/Hubble Information Centre

O Hubble descobre estrelas mortas “poluídas” com escombros de planetas

 IMAGEM:  Impressão artística do disco de detritos rochosos descobertos em torno de duas anãs brancas nas Híades

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As estrelas, conhecidas como anãs brancas — pequenos e tênues remanescentes de estrelas que já foram como nosso Sol — residem a 150 anos-luz de distância no Aglomerado das Híades na constelação de Taurus (Touro). O aglomerado é relativamente jovem, com apenas 625 milhões de anos.

Os  astrônomos acreditam que todas as estrelas se formaram em aglomerados. No entanto, a busca por planetas nesses aglomerados se provou infrutífera — dos cerca de 800 exoplanetas conhecidos, apenas 4 orbitam estrelas de um aglomerado. Essa escassez pode ser devida à natureza dos aglomerados estelares, jovens e ativos, produzindo clarões estelares e outras erupções que tornam difícil estudá-los em detalhes.

Um recente estudo, liderado por Jay Farihi da Universidade de Cambridge, voltou seus olhos para estrelas “aposentadas” em aglomerados para procurar por indícios de formação de planetas [1].

As observações espectroscópicas do Hubble identificaram silício nas atmosferas de duas anãs brancas e o silício é um dos principais ingredientes do material rochoso que forma a Terra e outros planetas rochosos do Sistema Solar. Esse silício pode ter vindo de asteroides que foram estraçalhados pela gravidade da anã branca quando passaram perto demais das estrelas. Os escombros rochosos provavelmente formaram um anel em torno das estrelas mortas e esse anel, por sua vez, atraiu o material para dentro.

Os escombros que foram detectados girando em torno das anãs brancas sugerem que planetas semelhantes á Terra se formaram quando essas estrelas nasceram. Depois que as estrelas colapsaram em anãs brancas, eventuais planetas do tipo gigante gasoso que tenham sobrevivido, podem ter atraído pela gravidade quaisquer sobras de cinturões de asteroides até órbitas bem próximas das estrelas [2].

“Encontramos os indícios químicos dos blocos de construção de planetas rochosos”, diz Farihi. “Quando essas estrelas nasceram, formaram planetas e há uma boa chance de que ainda retenham alguns deles. Os rastros de escombros rochosos que estamos vendo são um indício disto — eles são pelo menos tão rochosos como os mais primitivos corpos terrestres de nosso Sistema Solar”.

Além de encontrar silício nas atmosferas das estrelas das Híades, o Hubble também detectou baixos níveis de carbono. Isto é um outro sinal da natureza rochosa dos escombros, já que os astrônomos sabem que os níveis de carbono devem ser muito baixos em material rochoso semelhante ao da Terra. A descoberta dessa tênue assinatura química precisou do poder de resolução do Espectrógrafo de Origens Cósmicas (Cosmic Origins Spectrograph = COS) do Hubble, porque as “digitais” do carbono só podem ser detectadas em luz ultravioleta que não pode ser observada por telescópios com base em terra.

“Uma coisa que esta técnica de detecção de poluição em anãs brancas nos dá e que nenhuma outra técnica de detecção de planetas pode dar, é a química de planetas sólidos”, continua Farihi. “Com base na proporção silício-carbono em nosso estudo, por exemplo, nós realmente podemos afirmar que esse material é basicamente similar ao da Terra”.

Este novo estudo sugere que asteróides com menos de 160 km de diâmetro [3] foram rompidos pela forte força de marés das anãs brancas, antes de eventualmente caírem sobre as estrelas mortas [4].

A equipe planeja analisar mais anãs brancas com a mesma técnica, não só para identificar a composição das rochas, como também dos corpos que as geraram. “A beleza desta técnica é que, seja o que for que o Universo esteja fazendo, seremos capazes de medir isto”, afirma Farihi. “Nós temos usado o Sistema Solar como uma espécie de mapa, mas não sabemos o que o resto do Universo faz. Esperamos que, com o Hubble e seu poderoso COS em ultravioleta e nos futuros telescópios com base em terra de 30 e 40 metros, possamos contar mais sobre essa saga”.

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Notas

1] As duas estrelas anãs brancas “poluídas” das Híades fazem parte de uma pesquisa por escombros planetários em torno de mais de 100 anãs brancas, liderada por Boris Gänsicke da Universidade de Warwick, Reino Unido. Usando modelos computacionais das atmosferas de anãs brancas, Detlev Koester da Universidade de  Kiel na Alemanha está determinando as abundâncias de vários elementos que podem ser rastreados até planetas nos dados do COS.

[2] A observação de indícios de asteroides aponta a possibilidade da existência de planetas do tamanho da Terra no mesmo sistema. Os asteroides são os blocos de construção dos planetas maiores. Os processos de formação de planetas é de baixa eficiência e gera muito mais vezes corpos pequenos do que corpos grandes — no entanto, uma vez que os embriões rochosos do tamanho de asteroides se formem, certamente haverá a formação de planetas.

[3] A equipe estimou o tamanho dos asteroides cadentes, medindo a quantidade de poeira sendo engolida pelas estrelas — cerca de 10 milhões de gramas por segundo, o que equivale ao fluxo de um rio pequeno. E então compararam os dados com as medições de material cadente em outras anãs brancas.

[4] O estudo das Híades proporciona um vislumbre sobre o que vai acontecer com nosso Sistema Solar quando o Sol se extinguir, daqui a uns cinco bilhões de anos.

Notas para editores

O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre a ESA e a NASA.

[1] A equipe internacional de astrônomos neste estudo compreende J. Farihi (Universidade de Cambridge, Reino Unido), B. T. Gänsicke (Universidade de Warwick, Reino Unido), D. Koester (Universidade de Kiel, Alemanha).

[2] Este novo estudo será publicado em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

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O nascimento de um Buraco Negro

(Traduzido de: Birth of a Black Hole)

Texto original de Marcus Woo

Uma imagem gerada por computação gráfica das distorções da luz criadas por um buraco negro. Para mais informações: HTTP://WWW2.IAP.FR/USERS/RIAZUELO/BH/APOD.PHP
Crédito: Alain Riazuelo, IAP/UPMC/CNRS

Um novo tipo de clarão cósmico pode revelar algo nunca antes visto: o nascimento de um buraco negro.

Quando uma estrela massiva exaure seu combustível, ela colapsa sob sua própria gravidade e gera um buraco negro, um objeto tão denso que nem a luz pode escapar de suas garras gravitacionais. De acordo com uma nova análise feita por um astrofísico do Instituto de Tecnologia da Califórnia (California Institute of Technology = Caltech), logo antes do buraco negro se formar, a estrela agonizante pode gerar um clarão de luz característico que permitirá aos astrônomos testemunhar o nascimento de um novo buraco negro pela primeira vez.

Tony Piro, um doutor da Caltech, descreve essa assinatura luminosa em um artigo, publicado na edição de 1º de maio de Astrophysical Journal Letters. Embora algumas estrelas agonizantes que se tornam buracos negros, explodam como jorros de raios gama – um dos fenômenos de maior energia no universo – esses casos são raros e requerem circunstâncias muito particulares, Como explica Piro: “Não cremos que a maioria dos buracos negros vulgares sejam criados desta maneira”. Na maioria dos casos, segundo uma das hipóteses, uma estrela que morre produz um buraco negro, sem criar uma explosão ou um clarão: a estrela pareceria apenas desaparecer dos céus — um evento batizado de “unnova” (“não-nova”). “Não se vê um clarão”, ele explica. “Você vê um desparecimento”.

No entanto – propõe Piro hipoteticamente – pode não ser este o caso. “Talvez elas não sejam tão maçantes como pensamos”.

De acordo com uma teoria bem estabelecida, quando uma estrela massiva morre, seu núcleo colapsa sob seu próprio peso. Na medida em que o colapso prossegue, os prótons e elétrons que compõem o núcleo se fundem em produzem nêutrons. Por alguns segundos — antes do colapso final em um buraco negro —o núcleo se torna um objeto extremamente denso chamado estrela de nêutrons, algo com a densidade que o Sol teria se fosse espremido em uma esfera com um raio de cerca de 10 km. Esse colapso também cria neutrinos que são partículas que transpassam quase toda a matéria quase na velocidade da luz. Esses neutrinos emitidos pelo núcleo, levam embora um monte de energia — algo em torno de um décimo da massa da estrela-mãe (lembrando que massa e energia são equivalentes: E = mc²).

De acordo com um artigo pouco conhecido, escrito em 1980 por Dmitry Nadezhin do Instituto Alikhanov de Física Teórica e Experimental, na Rússia, esta rápida perda de massa significa que a força gravitacional do núcleo da estrela moribunda cai abruptamente. E, quando isto acontece, as camadas gasosas exteriores –– principalmente hidrogênio — que ainda circundam o núcleo, são lançadas para fora, gerando uma onda de choque que trespassa essas camadas externas a cerca de 1.000 km/s.

Empregando simulações em computador, dois astrônomos da UC em Santa Cruz, Elizabeth Lovegrove e Stan Woosley, descobriram recentemente que, quando a onda de choque golpeia a superfície externa das camadas gasosas, ela aquece o gás na superfície, produzindo um lampejo que vai brilhar por cerca de um ano — um sinal potencialmente promissor do nascimento de um buraco negro. Embora cerca de um milhão de vezes mais brilhante do que o sol, esse brilho seria relativamente tênue em comparação com outras estrelas. “Seria difícil de ver, mesmo em galáxias que estejam relativamente perto de nós”, diz Piro.

Porém agora Piro diz que descobriu um sinal mais promissor. Em seu novo estudo, ele examina mais detalhadamente o que poderia acontecer quando a onda de choque atingisse a superfície da estrela e ele calcula que o impacto causaria um clarão de 10 a 100 vezes mais luminoso do que o previsto por Lovegrove e Woosley. “Esse clarão vai ser muito luminoso e nos dá a melhor chance de realmente observar a ocorrência desse fenômeno”, explica Piro. “E é isso que queremos procurar”.

Um clarão desses seria ainda tênue comparado com a explosão de uma supernova, por exemplo, mas seria luminoso o bastante para ser detectável em galáxias próximas, diz ele. O clarão, que brilharia por 3 a 10 dias antes de abrandar, seria muito claro nos comprimentos de onda da luz visível — e seria ainda mais luminoso nos comprimentos de onda do ultravioleta.

Piro estima que os astrônomos deveriam ser capazes de ver um evento desses a cada ano, em média. Pesquisas que vigiam os céus em busca de clarões de luz tais como os das supernovas — pesquisas assim como a Palomar Transient Factory (PTF), liderada pelo Caltech — são adequados para a descoberta desses eventos sem par, argumenta ele. A intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), um aperfeiçoamento da PTF e que começou sua busca em fevereiro, pode ser capaz de achar um par desses eventos por ano.

Nenhuma pesquisa observou um clarão de buraco negro até agora, prossegue Piro, porém isso não exclui sua existência. “Eventualmente poderemos começar a nos preocupar, se não encontrarmos essas coisas”.  Mas, por enquanto, diz ele, suas expectativas são perfeitamente lógicas.

Com a análise de Piro nas mãos, os astrônomos devem ser capazes de projetar e ajustar outras pesquisas adicionais, de forma a maximizar suas chances de observar o nascimento de um buraco negro no futuro próximo. Em 2015, a próxima geração da PTF, chamada de Zwicky Transient Facility (ZTF), deve começar a funcionar; ela será ainda mais sensível, o que aumentará várias vezes as chances de descobrir esses clarões. “O Caltech, dessa forma, tem uma posição privilegiada para procurar por eventos transientes como estes”, diz Piro.

Dentro da próxima década, o Large Synoptic Survey Telescope (LSST) vai começar uma extensa busca por todo o céu noturno. “Se o LSST não encontrar regularmente esse tipo de evento, então isso quer dizer que há alguma coisa errada com o quadro, ou que a formação de buracos negros é muito mais rara do que se pensava”, diz ele.

O artigo na Astrophysical Journal Letters é intitulado “Taking the ‘un’ out of unnovae.” Esta pesquisa foi financiada pela National Science Foundation, NASA, e pela Sherman Fairchild Foundation.

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Via EurekAlert.

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