Os Cinturões de Van Allen são aceleradores de partículas
NASA’s Goddard Space Flight Center, Greenbelt, Md.
Os cientistas descobriram um enorme acelerador de partículas no coração de uma das regiões mais inóspitas do espaço próximo da Terra, uma região povoada por partículas carregadas e super-energéticas, chamadas de Cinturões (de Radiação) de Van Allen. Os cientistas sabiam que algo no espaço acelerava as partículas dentro dos cinturões de radiação acima de 99% da velocidade da luz, mas eles não sabiam o que esse “algo” era. Novos resultados das Sondas Van Allen da NASA mostram que a energia aceleradora vem de dentro dos próprios cinturões. As partículas em seu interior parecem levar um chute de energia, o que as acelera cada vez mais, de forma muito parecida a empurrões perfeitamente sincronizados em um balanço em movimento.
A descoberta de que as partículas são aceleradas por uma fonte local de energia é comparável à descoberta de que os furacões nascem de uma fonte de energia local, tal como uma região de águas oceânicas aquecidas. No caso dos cinturões, a fonte é uma região de intensas ondas eletromagnéticas que tira energia de outras partículas localizadas na mesma região. Conhecer a localização da acleração irá ajudar os cientistas a melhorar as previsões do tempo espacial, porque mudanças nos cinturões de radiação podem trazer riscos para os satélites em órbita próxima da Terra. Os resultados foram publicados hoje na Science.
De forma a que os cientistas pudessem compreender melhor o que se passa dentro dos cinturões, as Sondas Van Allen foram projetadas para voar direto por dentro dessa área turbulenta do espaço. Quando missão foi lançada em agosto de 2012, ela tinha como objetivos principais compreender como as partículas dentro dos cinturões eram aceleradas até essas energias ultra-altas e como essas partículas, algumas vezes, logravam escapar. Ao estabelecer que essa aceleração ultra-intensa vem desses “chutes” locais de energia – e não de um processo mais generalizado – os cientistas conseguiram responder definitivamente a uma dessas importantes questões pela primeira vez.
“Este é um dos resultados mais esperados e entusiasmantes das Sondas Van Allen”, declara David Sibeck, cientista do projeto das Sondas Van Allen no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland. “É o principal motivo pelo qual a missão foi lançada”.
Os cinturões de radiação foram descobertos com o lançamento dos primeiros satélites americanos que chegaram com sucesso ao espaço, Explorer I e III. Rapidamente se percebeu que os cinturões eram um dos ambientes mais perigosos que uma espaçonave poderia enfrentar. A maior parte das órbitas de satélites é escolhida para se encolher por baixo dos cinturões de radiação, ou para circular por fora deles, ou ainda, como no caso dos satélites do GPS, operar entre os dois cinturões. Quando os cinturões oscilam, por causa do “mau tempo” espacial, eles podem abranger essas espaçonaves, expondo-as a perigosas radiações. De fato, a maior parte dos defeitos permanentes nas espaçonaves foi causada pela radiação. Com um aviso suficiente, a tecnologia pode ser protegida das piores consequências, mas este aviso só pode ser emitido se realmente conhecermos a dinâmica do que acontece dentro dos misteriosos cinturões.
“Até a década de 1990, nós pensávamos que os cinturões de Van Allen eram bem-comportados e mudavam lentamente”, esclarece Geoff Reeves, o primeiro autor do artigo e pesquisador dos cinturões de radiação no Laboratório Nacional de Los Alamos, Novo México. “A cada nova medição realizada, entretanto, percebemos o quão rápido e de maneira imprevisível os cinturões mudavam. Eles basicamente jamais estão em equilíbrio, mas em um estado de contínua mudança”.
De fato, os cientistas perceberam que os cinturões nem sequer mudam de maneira consistente em resposta ao que parecem ser estímulos similares. Algumas tempestades solares faziam os cinturões se intensificarem; outras os tornavam esgotados; e algumas pareciam nem ter qualquer efeito. Tais efeitos disparatados a eventos aparentemente similares sugeriam que esta região era muito mais misteriosa do que se pensava. Para compreender – e, eventualmente, ser capaz de predizer – quais tempestades solares intensificariam os cinturões de radiação, os cientistas precisavam saber de onde vinha a energia que acelerava as partículas.
As Sondas gêmeas Van Allen foram projetadas para distinguir duas possibilidades genéricas sobre os processos que aceleravam as partículas a tais impressionantes velocidades: aceleração radial ou aceleração local. No caso da aceleração radial, as partículas são transportadas perpendicularmente aos campos magnéticos que envolvem a Terra, das áreas de menor intensidade magnética, longes da Terra, até áreas de intensa força magnética, próximas da Terra. As leis da física ditam que as velocidades das partículas neste cenário aumentará com a intensificação dos campos magnéticos. Assim, as velocidades das partículas deveriam aumentar ao se aproximarem da Terra, de forma muito parecida com a que uma pedra que rola morro abaixo aumenta de velocidade simplesmente devido à gravidade. No caso da aceleração local, a teoria afirma que as partículas recebam energia de uma fonte local, de forma mais parecida com a qual as águas aquecidas dos oceanos alimentam furacões acima delas.
Para poder distinguir entre essas duas possibilidades, as Sondas Van Allen consistem de duas espaçonaves. Com dois conjuntos de observações, os cientistas podem medir as partículas e as fontes de energia em duas regiões do espaço simultaneamente, o que é crucial para distinguir entre causas locais e as que têm origem remota. Igualmente, cada espaçonave é equipada com sensores para medir a energia e a posição das partículas e determinar o ângulo de ataque – ou seja, o ângulo do movimento com respeito aos campos magnéticos da Terra. Tudo isso iria variar de maneiras diferentes, dependendo das forças que agem sobre elas, o que auxiliou os cientistas a distinguir entre as teorias.
Equipados com esses dados, Reeves e sua equipe observaram uma rápida elevação da energia de elétrons de alta energia em 9 de outubro de 2012. Se a aceleração desses elétrons estivesse ocorrendo por causa do transporte radial, os efeitos medidos começariam longe da Terra e se movendo para dentro, devido ao próprio formato e a própria intensidade desses campos envoltórios. Em tal cenário, as partículas que se movessem através dos campos magnéticos pulariam naturalmente de um par o seguinte, em cascata, arrebanhando energia durante o caminho – similar ao cenário da pedra que rola morro abaixo.
No entanto as observações não mostraram uma intensidade que se formasse mais afastada da Terra e gradualmente se movesse para dentro. Em lugar disto, elas mostraram um aumento de energia que começava bem no meio dos cinturões de radiação e gradualmente se espalhava tanto para dentro, como para fora, o que implicava em uma fonte de aceleração local.
“Neste caso em particular, toda aceleração ocorreu em um período de cerca de 12 hors”, relata Reeves. “Com as medições anteriores, um satélite só seria capaz de voar através de um tal evento uma vez e não teria a chance de testemunhar as mudanças realmente acontecendo. Com as Sondas Van Allen tínhamos dois satélites e, assim, pudemos observar como as coisas se modificam e onde essas mudanças começam”.
Os cientistas acreditam que estes novos resultados levarão a melhores previsões sobre a complexa cadeia de eventos que intensificam os cinturões de radiação a níveis que podem danificar satélites. Muito embora o trabalho demonstre que a energia local vem de ondas eletromagnéticas que percorrem os cinturões, não se sabe exatamente quais dessas ondas podem ser a causa. Durante o conjunto de observações descrito no artigo, as Sondas Van Allen observaram um tipo específico de onda, chamadas ondas corais, ao mesmo tempo que as partículas eram aceleradas, porém serão necessários mais estudos até que se estabeleça uma relação de causa e efeito.
“Este artigo ajuda a diferenciar entre duas soluções genéricas”, ressalva Sibeck. “Ele demonstra que a aceleração pode ocorrer localmente. Agora, os cientistas que estudam ondas e campos magnéticos vão se debruçar sobre o problema e descobrir que tipo de onda forneceu o empuxo”.
Felizmente, esta tarefa também será auxiliada pelas Sondas Van Allen Probes, que também são cuidadosamente projetadas para medir e distinguir entre os diversos tipos de ondas eletromagnéticas.
“Quando os cientistas projetaram a missão e os instrumentos das sondas, eles contemplaram as dúvidas científicas e disseram: ‘Esta é uma grande oportunidade para fazer algumas descobertas fundamentais sobre como as partículas são aceleradas’ “, disse Nicola J. Fox, cientista associado do projeto no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Maryland. “Com cinco conjuntos idênticos de instrumentos a bordo de cada espaçonave – cada um com um amplo espectro de detecção de ondas e partículas – nós temos a melhor plataforma já criada para poder compreender melhor esta região crítica do espaço acima da Terra”.
O Laboratório de Física Aplicada construiu e opera as Sondas gêmeas Van Allen para a Diretoria de Missões Científicas da NASA. As Sondas Van Allen são a segunda missão do programa Living With a Star NASA, gerenciado pelo Centro Goddard, para explorar os aspectos do sistema Sol-Terra que afetam diretamente a vida e a sociedade.
Para mais informações sobre as sondas Van Allen (em inglês), visite:
As neves de um proto-sistema solar
National Radio Astronomy Observatory
A neve cai em torno de um recém nascido sistema solar
Região de gelos dá uma ajuda para a formação de cometas e planetas
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Os astrônomos, com o auxílio do novo telescópio ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array) obtiveram a primeiríssima imagem de uma linha de neve em um sistema solar em gestação. Acredita-se que esta “acidente geográfico” tenha um papel essencial na formação e na composição química dos planetas em torno de uma estrela jovem.
Na Terrra, a neve tipicamente se forma em grandes altitudes, onde as temperaturas baixas transformam a umidade atmosférica em neve. De modo muito parecido, acredita-se que as linhas de neve se formem em torno de jovens estrelas nas regiões mais distantes e frias dos discos de onde se formam os sistemas planetários. Dependendo da distância para a estrela, entretanto, outras moléculas mais exóticas podem se congelar e se transformar em neve.
A água, nossa velha conhecida, congela primeiro e, depois e em círculos concêntricos, se congelam outros gases abundantes, tais como, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4) e monóxido de carbono (CO), formando uma camada de gelo em torno de grãos de poeira, os quais são os tijolos dos quais são formados os planetas e cometas.
O ALMA encontrou uma nunca antes vista linha de neve de CO em torno de TW Hydrae, uma estrela jovem a 175 anos-luz da Terra. Os astrônomos acreditam que este sistema solar em gestação tenha muitas das características iguais a nosso Sistema Solar quando este tinha alguns poucos milhões de anos de idade. Os resultados foram publicados na Science Express.
“O ALMA nos deu a primeira imagem real de uma linha de neve em torno de uma estrela jovem, o que é extremamente interessante por causa do que isto nos diz sobre o período bem no início de nosso Sistema Solar”, diz Chunhua “Charlie” Qi, um pesquisador do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusets, que liderou a equipe internacional de pesquisadores com Karin Oberg, uma pesquisadora das Universidades de Harvard e da Virgínia em Charlottesville.
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“Agora podemos ver os detalhes, antes ocultos, dos gélidos rincões exteriores de outro sistema solar, um que tem muito em comum como o nosso quando este tinha menos de 10 milhões de anos de idade”, diz Qi.
Linhas de neve, até agora, só tinham sido detectadas por suas assinaturas espectrais; nunca alguém tinha obtido uma imagem direta, de forma que suas localização e extensão precisas não podiam ser determinadas.
Isto acontecia porque as linhas de neve se formam exclusivamente no relativamente estreito plano central de um disco proto-planetário. Acima e abaixo desta região, a radiação da estrela mantém os gases aquecidos, impedindo a formação de gelo. Somente com o efeito isolante da concentração de poeira e gases no plano central do disco, as temperaturas podem cair o suficiente para que o CO e outros gases se resfriem e congelem.
Normalmente, este invólucro externo de gases aquecidos impediria os astrônomos de bisbilhotar o interior do disco onde o gás teria congelado. “Seria a mesma coisa que tentar achar uma pequena faixa ensolarada escondida por um denso nevoeiro”, compara Oberg.
Os astrônomos foram capazes de atravessar o nevoeiro intermediário de CO porque foram procurar por outra molécula diferente, conhecida como diazenylium (N2H+). Esta frágil molécula é facilmente destruída na presença do gás CO, de forma que só poderia aparecer em quantidades detectáveis em regiões onde o CO tivesse congelado, sendo portanto um “marcador” para o gelo de CO.
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O diazenylium brilha intensamente na faixa milimétrica do espectro, que pode ser detectada pelo radiotelescópios como o ALMA aqui na Terra.
A sensibilidade e resolução sem par do ALMA permitiu aos astrônomos rastrear a presença e a distribuição do diazenylium e eles descobriram uma linha demarcatória a aproximadamente 30 unidades astronômicas (UA) de TW Hydrae (Uma UA é a dsitância da Terra ao Sol).
“Usando esta te´cnica, fomos capazes de criar, com efeito, um negativo fotográfico da neve de CO no disco em torno de TW Hydrae”, diz Oberg. “Com isso, pudemos ver a linha de neve precisamente onda asa teorias prediziam que ela deveria estar – na borda interna do anel de diazenylium”.
Os astrônomos acreditam que as linhas de neve cumpram um papel vital na formação de um sistema solar. Eles ajudam os grãos de poeira a suplantar sua tendência natural de colidir e se auto-destruir, dando aos grãos um revestimento externo mais grudento. Elas também aumentam a quantidade de sólidos e podem acelerar dramaticamente o processo de formação de planetas. Uma vez que podem existir várias linhas de neve, cada uma pode ser ligada à formação de tipos específicos de planetas.
Em torno de uma estrela como o Sol, a linha de neve de água corresponderia à órbita de Júpiter e a linha de neve de CO corresponderia à órbita de Netuno. A transição do CO para gelo também poderia marcar o ponto inicial onde os pequenos corpos gelados, tais como cometas e planetas anões como Plutão, se formariam.
Oberg também ressalta que a linha de neve de CO é particularmente interessante, uma vez que o gelo de CO é necessário para a formação de metanol, o qual é um “tijolo” para a construção de moléculas orgânicas mais complexas, as quais são essenciais para a vida. Os cometas e asteroides poderiam então fazer a entrega dessas moléculas para os recém-formados planetas do tipo da Terra, semeando-os com os ingredientes para a vida.
Estas observações foram realizadas com apenas uma parte do sistema do ALMA que, quando ficar pronto, terá 66 antenas. Os pesquisadores esperam que futuras observações com o sistema completo irão revelar outras linhas de neve e fornecerão novas visualizações dos processos de formação e evolução dos planetas.
O ALMA, uma instalação astronômica internacional, é uma parceria da Europa, América do Norte e Ásia Oriental, em cooperação com a República do Chile. A construção e operação do ALMA é feita em nome da Europa pelo Observatório Europeu do Sul, em nome da América do Norte pelo National Radio Astronomy Observatory (NRAO) e em nome da Ásia Oriental pelo Observatório Nacional Astronômico do Japão (NAOJ).
Nota do tradutor:
Diversos press-releases foram publicados no sistema EurekAlert sobre este assunto. Eu escolhi o primeiro que apareceu.
Estrelas de gerações diferentes andam por caminhos diferentes
O TELESCÓPIO HUBBLE DA NASA MOSTRA UMA LIGAÇÃO ENTRE AS IDADES DAS ESTRELAS E SUAS ÓRBITAS
Original escrito por:
J.D. Harrington, Quartel-General da NASA, Washington
Donna Weaver / Ray Villard do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial, Baltimore, Maryland
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Aglomerado globular 47 Tucanae |
Astrônomos empregando o Telescópio Espacial Hubble da NASA conseguiram, pela primeira vez, estabelecer uma ligação entre duas populações distintas de um velho aglomerado globular e suas diferentes dinâmicas orbitais, o que fornece uma boa prova de que as estrelas não nasceram na mesma data.
A análise do aglomerado globular 47 Tucanae mostra que as duas populações são separadas por menos de 100 milhões de anos. O glomerado fica aproximadamente a 16.700 anos-luz de distância na direção da constelação do Tucano, visível nos céus do Sul.
Os pesquisadores, liderados por Harvey Richer da Universidade da Colúmbia Britânica em Vancouver, combinaram observações recentes do Hubble com oito anos de dados dos arquivos do telescópio para estabelecer os movimentos das estrelas neste aglomerado.
Estudos espectroscópicos anteriores revelaram que muitos aglomerados globulares contêm estrelas de composições químicas variadas, o que sugere vários episódios de nascimento de estrelas. Esta análise dos dados do Hubble, entretanto, vai um passo adiante, adicionando os movimentos orbitais das estrelas à análise.
“Quando se analisa os movimentos das estrelas, quanto mais longo for o período de observações, mais precisamente se pode medir seus movimentos”, explica Richer. “Estes dados são tão bons que relamente podemos ver, pela primeira vez, os movimentos individuais das estrelas dentro do aglomerado. Os dados fornecem indícios detalhados que nos permitem compreender com as várias populações de estrelas se formaram no aglomerado”.
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Evolução das populações estelares de 47 Tuc |
Os aglomerados globulares da Via Láctea são as relíquias sobreviventes da época da formação de nossa galáxia. Eles oferecem um vislumbre do início da história de nossa galáxia. O aglomerado 47 Tucanae tem 10,5 bilhões de anos de idade e é um dos mais brilhantes dentre os mais de 150 aglomerados globulares dela. O aglomerado mede cerca de 120 anos-luz de diâmetro.
Richer e sua equipe usaram a Câmera Avançada para Pesquisas do Hubble em 2010 para observar o aglomerado. Eles combinaram estas observações com 754 imagens do arquivo para medir com precisão as mudanças de posição de mais de 30.000 estrelas. De posse destes dados, eles puderam discernir a rapidez do movimento das estrelas. E a equipe também mediu as luminosidades das estrelas, assim como suas temperaturas.
Esta arqueologia estelar identificou as duas populações distintas de estrelas. A primeira é composta por estrelas mais avermelhadas que são mais velhas, com menor riqueza de elementos químicos e descrevem órbitas aleatórias mais circulares. A segunda população é composta de estrelas mais azuladas que são mais jovens, com maior riqueza de elementos químicos e descrevem órbitas mais elípticas.
“A geração avermelhada, que é deficiente em elementos mais pesados, reflete os movimentos iniciais que formaram o aglomerado”, diz Richer. “Essas estrela retiveram a memória de sua movimentação inicial”.
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Aglomerado 47 Tucanae – Hubble |
Depois que as estrelas mais massivas dessa população completaram seu ciclo de evolução, expeliram gases enriquecidos com elementos mais pesados de volta ao aglomerado. Estes gases vieram a colidir com outros gases e formaram uma segunda geração, de composição química mais rica, de estrelas concentradas na direção do centro do aglomerado. Lentamente, ao longo do tempo, estas estrela começaram a se mover para fora, o que as colocou em órbitas mais radiais.
Esta não é a primeira descoberta do Hubble que revela várias gerações de estrelas em aglomerados globulares. In 2007, os pesquisadores do Hubble descobriram três gerações de estrelas no aglomerado globular massivo NGC 2808. A equipe de Richer porém conseguiu ligar diferentes dinâmicas estelares às populações diferentes, pela primeira vez. A descoberta de múltiplas gerações estelares em aglomerados globulares tem profundas implicações para a cosmologia. Os astrônomos precisam resolver os futuros enigmas dessas múltiplas gerações, a fim de compreender melhor como as estrelas de formaram nas galáxias distantes no início da existência do universo.
Os resultados da equipe foram publicados na edição de 1 de julho de The Astrophysical Journal Letters.
Como começam as tempestades solares
NASA/Goddard Space Flight Center
Observando o coração das tempestades solares
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Duas espaçonaves de NASA forneceram o filme mais abrangente jamais obtido sobre um misterioso processo, bem no coração de todas as explosões solares: a reconexão magnética. Uma reconexão magnética ocorre quando linhas do campo magnético se juntam, se rompem e trocam de par, pulando para novas posições e liberando um pulso de energia magnética. Este processo reside no coração das gigantes explosões do sol, tais como erupções solares e ejeções de massa coronal, as quais podem lançar radiação e partículas por todo o sistema solar.
Os cientistas querem entender melhor este processo, de maneira que possam emitir alertas antecipados sobre essas tempestades solares que podem afetar os satélites próximos da Terra e interferir com as comunicações via rádio. Uma das razões para que seja tão difícil estudar a reconexão magnética é que ela não pode ser observada diretamente, uma vez que os campos magnéticos são invisíveis. Assim sendo, os cientistas usam uma combinação de modelos de computador e umas poucas amostras de observações de eventos de reconexão magnética para tentar entender o que está acontecendo.
“A comunidade ainda está tentando compreender como a reconexão magnética causa as tempestades solares”, explica Yang Su, um cientista solar da Universidade de Graz na Áustria. “Temos vários indícios, mas o quadro ainda não está completo”.
Agora Su conseguiu juntar uma nova peça de indício visual. Ao buscar entre as observações feitas pelo SDO (acrônimo de “Solar Dynamics Observatory” = “Observatório Solar Dinâmico”) da NASA, Su viu algo particularmente difícil de obter dos dados: imagens diretas da reconexão magnética quando ela estava acontecendo no Sol. Su e seus colegas relataram esses resultados na ediçao de 14 de julho da Nature Physics. Embora algumas intrigantes imagens da reconexão já tenham sido vistas, este artigo mostra o primeiro conjunto abrangente de dados que podem ser usados para restringir e aperfeiçoar os modelos deste processo fundamentas do Sol.
As linhas dos campos magnéticos, elas próprias, são mesmo invisíveis, no entanto elas naturalmente forçam partículas carregadas – o material chamado de plasma do qual é constituído o Sol – a percorrer sua extensão. Os telescópios espaciais podem ver esse material que aparece como linhas brilhantes que fazem arcos e laços através da atmosfera do Sol, e, desta forma, mapear a presença das linhas de campo magnético. Examinando uma série de imagens, Su viu dois pacotes de linhas de campo se moverem, um na direção do outro, se encontrarem brevemente, formando algo com a aparência de um “X”, e se separarem com um conjunto de linhas e as partículas por ele portadas se lançando ao espaço, enquanto o outro conjunto mergulhava de volta para o Sol.
“Frequentemente é difícil dizer o que realmente está acontecendo em três dimensões, a partir dessas imagens, já que elas são bidimensionais”, explica Gordon Holman, um cientista solar no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland., também autor do artigo. “Mas, se você olhar por tempo suficiente e comparar com dados de outros instrumentos, pode apresentar uma ideia bastante boa sobre o que está acontecendo”.
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Para confirmar o que eles estavam vendo, os cientistas se valeram de uma outra espaçonave da NASA, o Reuven Ramaty High Energy Solar Spectroscopic Imager (Imageador Espectroscópico Solar de Alta Energia “Reuven Ramathy”), conhecido por RHESSI. O RHESSI coleta espectrogramas, um tipo de dado que pode mostrar onde um material excepcionalmente quente está, a qualquer dado momento no Sol. O RHESSI exibia bolsões quentes de material solar se formando acima e e abaixo do ponto de reconexão, uma assinatura reconhecida deste evento. Combinando os dados do SDO e do RHESSI, os cientistas foram capazes de descrever o processo do que estavam observando, confirmando por ampla margem os modelos e teorias anteriores, e revelando novos aspectos tridimensionais do processo.
Abaixo da superfície do Sol, o material carregado, o plasma, está fluindo. Laços magnéticos emergem desta fluxo e estabelecem áreas de polos magnéticos positivos, ao lado de outros negativos. Os laços se arqueiam por sobre o Sol, de um polo a outro. Na medida em que o material do Sol continua a fluir sob a superfície, os polos positivo e negativo escorregam, passando uns pelos outros – mal comparando, da forma que as placas tectônicas da Terra deslizam umas pelas outras – só que, no Sol, é claro que o material é gases aquecidos, não rochas sólidas. Isto faz com que os arcos acima cresçam, se retorçam lateralmente e fiquem mais instáveis. O próprio ato desse deslisamento, ou ruptura, põe mais energia ainda no sistema, enrolado e pronto para se expandir de repente, como um elástico de borracha torcido, antes de ser liberado. Eventualmente, as linhas de campo magnético nos arcos colapsam para dentro, se tocam e reconectam, enquanto emitem um brilhante clarão de energia liberada, o que, por sua vez, envia radiação e partículas energéticas pelo espaço afora.
Nos filmes do SDO, a luz ilumina a arcada dos laços, na medida em que o processo de reconexão cascateia por sua extensão. Laços luminosos se inclinam para a região de reconexão a partir de ambos os lados. Na medida em que as linhas de campo magnéticos se reconfiguram, novos laços são ejetados para baixo, enquanto um cordão de plasma se separa e brota para cima. Em certos casos, o cordão atinge a velocidade de escape e se torna uma ejeção de massa coronal, enviando bilhões de toneladas de matéria pelo espaço a fora.
“Esta foi a primeira vez que pudemos ver toda a estrutura deste processo em detalhe, por causa da alta qualidade dos dados do SDO”, diz Su. “Isto confirma todo o quadro da reconexão, com indícios visuais”.
Su acrescenta que, com estas imagens, se pode fazer estimativas sobre o quão rápido os campos magnéticos se reconectam, assim como quanto material entra e quanto sai do processo. Uma informação assim pode ser inserida nos modelos de reconexão magnética e ajudar a refinar as teorias sobre o processo.
Os cientistas querem aprender mais sobre a reconexão magnética, não só pelo que ela causa no sol, mas porque se trata de um processo universal que ocorre perto da Terra, dentro de seu ambiente magnético, a magnetosfera, e em todas as estrelas do universo. Como é um processo muito difícil de ver no Sol e também muito difícil de recriar e estudar em laboratório, os pesquisadores planejam observar a reconexão magnética mais de perto no espaço. Para fazê-lo, a NASA vai lançar a missão Magnetospheric Multiscale (MMS) no final de 2014. A missão MMS compreende quatro naves espaciais que irão passar bem por dentro de eventos de reconexão magnética que ocorrem na magnetosfera terrestre. Reunindo os dados captados por diversas espaçonaves – SDO, RHESSI, MMS e outras – para analisar o problema, os cientistas serão capazes de compreender melhor a própria origem do “tempo” espacial que experimentamos na Terra. .
Estes resultados foram obtidos por um projeto de pesquisa conjunto da Comissão Européia e da NASA, chamado HESPE, abreviatura de High Energy Solar Physics Data in Europe (Dados Físicos de alta Energia Solar Europeus).
Nem sempre são planetas…
NASA/Goddard Space Flight Center
Estudo da NASA demonstra que os discos em torno das estrelas não precisam de planetas para criar padrões
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  VIDEO: Esta simulação mostra, a partir de dois ângulos distintos (à esquerda, um ângulo de 20°; à direita, 90°), o crescimento de estruturas em um disco de debris que se estende por cerca de 100 vezes mais longe de sua estrela do que a órbita da Terra.
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Muitas estrelas jovens que se sabe terem planetas, também têm discos compostos de poeira e grãos de gelo, partículas produzidas por colisões entre asteroides e cometas que também orbitam a estrela. Estes discos de debris frequentemente exibem anéis bem definidos ou padrões espirais, características que podem indicar a presença de planetas em órbita. Os astrônomos estudam as características dos discos como forma de melhor compreender as propriedades físicas dos planetas conhecidos e, possivelmente, descobrir mais outros.
No entanto, um novo estudo feito pelos cientistas da NASA faz soar um alarme quanto à interpretação desses anéis e braços espirais como indício seguro da existência de novos planetas. Graças às interações entre os gases e a poeira, um disco de debris pode, sob as condições certas, produzir estreitos anéis por si só, sem precisar de planetas.
“Quando a massa dos gases é aproximadamente igual à da poeira, os dois interagem de uma forma que leva à aglomeração da poeira e à formação de padrões”, afirma o Pesquisador “Sagan” Wladimir Lyra, do Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Califórnia. “Fundamentalmente, os gases conduzem a poeira a formar os tipos de estruturas que esperaríamos encontrar, se um planeta estivesse presente”.
Um artigo onde as descobertas são relatadas foi publicado na edição de 11 de junho da Nature.
A poeira quente no disco de debris é fácil de detectar nos comprimentos de onda infravermelhos, mas estimar o conteúdo de gases é um desafio muito maior. Em face disto, os estudos teóricos tendem a se focar no papel da poeira e das partículas de gelo, prestando pouca atenção ao componente dos gases. No entanto, os grãos de gelo se evaporam e as colisões produzem tanto gases como poeira, de forma que, em algum ponto, todos os discos de debris têm que conter alguma quantidade de gases.
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  IMAGEM: Este gráfico compara a massa dos gases em diversos discos de debris e mostra onde a instabilidade fotoelétrica é mais importante. Alguns sistemas, tais como TW da Hidra têm tanto gás que a instabilidade é suprimida.
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“Tudo o que é necessário para produzir estreitos anéis e outras estruturas em nossos modelos de discos de debris é um pouco de gases, tão pouco que nossos sistemas atuais não conseguem detectar”, diz o co-autor Marc Kuchner, um astrofísico do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Maryland.
A coisa funciona assim. Quando a luz ultravioleta de alta energia vinda da estrela atinge um aglomerado de poeira e grãos de gelo, ela arranca elétrons das partículas. Esses elétrons de alta velocidade então colidem com os gases nas proximidades e os aquecem.
A crescente pressão dos gases modifica a pressão de arrasto sobre a poeira em órbita, fazendo com que os aglomerados cresçam e aqueçam mais ainda os gases. Esta interação, chamada pelos astrônomos de instabilidade fotoelétrica, continua em efeito cascata. Os aglomerados crescem e se tornam arcos, anéis e objetos ovalados em algumas dezenas de milhares de anos, um tempo relativamente curto, se comparado a outras forças em atividade em um jovem sistema solar.
Um modelo, desenvolvido por Lyra e Kuchner, mostra o processo em ação.
“Ficamos fascinados ao ver essa estrutura se formar na simulação”, afirma Lyra. “Alguns dos anéis começam a oscilar e, a qualquer momento, eles assumem a aparência dos anéis de poeira que vemos em torno de várias estrelas, tais como Fomalhaut”.
Além disso, durante a simulação, se observou a formação de densos aglomerados, com várias vezes a densidade da poeira, em outros setores do disco. Quando um aglomerado em um anel fica denso demais, o anel se rompe em arcos e os arcos gradualmente encolhem, até que resta apenas um aglomerado compacto. Nos discos de debris verdadeiros, alguns aglomerados densos podem ser capazes de refletir a luz o suficiente para serem diretamente observáveis.
“Esses aglomerados seriam detectados como brilhantes fontes luminosas, exatamente aquilo que buscamos ao procurar por planetas”, acrescenta Kuchner.
Os pesquisadores concluem que a instabilidade fotoelétrica dá uma explicação simples e plausível para muitas das características observadas em discos de debris, o que torna o trabalho dos caçadores de exoplanetas um pouco mais duro.
Estrelas gigantes não colidem…
Faculty of Physics University of Warsaw
Monstros estelares não colidem – portanto, nada de catástrofes espetaculares
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 IMAGEM: Esta é a Nebulosa da Tarântula (30 Doradus) na Grande Nuvem de Magalhães, em imagem do Telescópio Espacial Hubble. As super-estrelas, com massas de 200 a 300 vezes a do Sol foram descobertas aqui.
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Seria de se esperar que as colisões entre os remanescentes de estrelas monstruosas, com massas na faixa de 200 a 300 vezes a de nosso Sol, estivessem entre os eventos mais espetaculares de nosso universo. Talvez sejam, mas infelizmente é muito provável que jamais descubramos. Os astrofísicos do Observatório Astronômico da Faculdade de física da Universidade de Varsóvia descobriram que a primeira dessas colisões só vai acontecer daqui a alguns bilhões de anos.
Por muito tempo, os astrônomos acreditaram que as maiores estrelas do universo não passavam de 150 massas solares. No entanto, há três anos descobriram aglomerados estelares nas Nuvens de Magalhães que abrigavam estrelas “impossíveis” – monstros tremendos com massas entre 200 e 300 vezes a do nosso Sol. A descoberta levantou um grande interesse entre os astrofísicos, particularmente aqueles envolvidos na busca centenária por ondas gravitacionais. Se esses monstros estelares formassem sistemas binários próximos, as colisões entre seus remanescentes poderiam ocorrer. As ondas gravitacionais resultantes de tal evento seriam poderosas o suficiente para que até nossos atuais detectores os pudessem sentir – e a distâncias bem maiores do que os típicos buracos negros estelares. “Entretanto não podemos contar com a detecção de uma tal colisão espetacular”, lamenta o Dr. Krzysztof Belczyński do Observatório Astronômico da Faculdade de Física da Universidade de Varsóvia.
A equipe do Dr. Belczyński discutiu os últimos resultados de sua pesquisa com os participantes da 10ª Conferência Edoardo Amaldi sobre Ondas Gravitacionais, que está acontecendo em Varsóvia em conjunto com a 20ª Conferência Internacional sobre Relatividade Geral e Gravitação (GR20/Amaldi10).
Estrelas com grandes massas podem terminar suas vidas de duas maneiras: seu material pode ser explodido espaço a fora, ou elas podem colapsar sob sua própria gravidade em um buraco negro. Há uns poucos meses, os astrofísicos liderados pelo Dr Norhasliza Yusof da Universidade de Kuala Lumpur demonstraram, usando modelos de computador, que algumas estrelas super-massivas podem formar buracos negros. Isto significa que o universo pode, realmente, conter sistemas binários de estrelas super-massivas que, mais tarde, podem evoluir para sistemas de dois buracos negros com massas muito maiores do que aquelas comuns aos buracos negros.
Os objetos que orbitam em sistemas binários próximos, compostos de estrelas de nêutrons ou buracos negros comuns, perdem energia com o passar do tempo, o que leva a órbitas cada vez mais próximas e, ao final, a uma colisão entre eles. Uma tal colisão pode gerar um efeito astronômico observável, na forma de um jorro de raios gama, e a explosão deve ser acompanhada pela emissão de ondas gravitacionais. Entretanto, até agora não conseguimos detectar essas ondas. Os detectores atuais só conseguem “ver” a colisão de buracos negros típicos no universo local. A colisão entre buracos negros gerados por estrelas super-massivas seria algo totalmente diferente. As ondas gravitacionais de tais colisões seriam fortes o bastante para serem detectadas em um futuro próximo.
Só que não…
Os componentes dos grandes sistemas estelares binários comuns, com massas de entre 50 a 100 massas solares, se formam a distâncias de, pelo menos, centenas, até milhares de raios solares. Tais objetos não podem nascer muito próximos um do outro porque a densidade resultante da matéria colapsaria em um único corpo estelar e o sistema binário simplesmente não seria criado. Sendo assim, para que um sistema binário existente colida, seus componentes têm que,de alguma forma, perder energia orbital. Isto acontece devido à rápida evolução de um dos objetos que, a partir de um certo ponto, começa a se expandir rapidamente. O segundo componente do sistema entra, então, na atmosfera de seu companheiro e – como resultado da interação – rapidamente perde energia. Por consequência, as órbitas se compactam no que é conhecido como um evento de envelope comum.
“Em um sistema estelar binário super-massivo, a situação é diferente”, explica o Dr. Belczyński. “Sabemos que os componentes de um tal sistema têm que se formar a uma distância relativamente grande um do outro. Também sabemos que estrelas super-massivas não se expandem, de forma que não pode acontecer uma fase de envelope comum. Isso significa que não existe um mecanismo físico que faça com que as órbitas se estreitem!”
Nesta situação, o único processo que permite uma perda gradual de energia pelos remanescentes de estrelas super-massivas em um sistema binário é a emissão de ondas gravitacionais.Porém as ondas gravitacionais emitidas por um desses sistemas de estrelas ou buracos negros bem distantes são muito fracas e a perda de energia é lenta.
“Vai demorar muitas dezenas de bilhões de anos, talvez centenas de bilhões de anos, para que os buracos negros colidam. E isto é muito mais tempo do que toda a história do universo, desde o Big Bang, de forma que não há a menor chance de detectarmos as ondas gravitacionais de uma colisão dessas no cosmos. A menos que…” e o Dr. Daniel Holz da Universidade de Chicago deixa em suspenso.
Exatamente: a menos que os modelos atuais de evolução estelar e de formação de sistemas binários em nuvens de poeira interestelar estejam errados. Só assim a observação de uma tal catástrofe espetacular no espaço se tornaria um desastre espetacular para as teorias astrofísicas contemporâneas.
A Voyager se aproxima da fronteira final de nossa “bolha solar”
Jia-Rui C. Cook — Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Calif.
Steve Cole — NASA Headquarters, Washington
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Concepção artística da espaçonave Voyager da NASA. |
PASADENA, Calif. — Os dados vindos da Voyager 1, agora a mais de 18 bilhões de km do Sol, indicam que a espaçonave está perto de ser o primeiro objeto fabricado pela espécie humana a alcançar o espaço interestelar.
Pesquisas que se valem dos dados enviados pela Voyager, publicadas hoje na Science, fornecem novos detalhes sobre a última região que a espaçonave vai atravessar, antes de deixar a heliosfera – a bolha em torno de nosso Sol – e entrar no espaço interestelar. Três artigos descrevem como a entrada da Voyager 1 em uma região chamada de “auto-estrada magnética” resultaram na observação da maior quantidade até agora de partículas carregadas, vindas de fora da heliosfera e o desaparecimento das partículas carregadas vindas de dentro da heliosfera.
Os cientistas observaram dois dos três sinais que esperavam ver na chegada ao espaço interestelar: o desaparecimento das partículas carregadas na medida em que a nave se distancia pelo campo magnético solar e raios cósmicos vindos de muito longe e entrando no mesmo campo. Os cientistas ainda não viram o terceiro sinal esperado: uma mudança abrupta da direção do campo magnético, o que indicaria a presença de um campo magnético interestelar.
“Esta última e estranha região antes do espaço interestelar está entrando em foco, graças à Voyager 1, o explorador mais distante da humanidade”, diz Ed Stone, cientista do projeto Voyager no Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena. “Se fosse só pelos dados relativos aos raios cósmicos e partículas energéticas, se poderia pensar que a Voyager já tinha alcançado o espaço interestelar, mas a equipe sente que a Voyager 1 ainda não chegou lá, porque ainda estamos dentro do domínio do campo magnético do Sol”.
Os cientistas não sabem com exatidão o quanto a Voyager 1 ainda tem que viajar para alcançar o espaço interestelar. As estimativas variam de vários meses até anos. A heliosfera se estende por, pelo menos, 13 bilhões de km além de todos os planetas de nosso sistema solar. Ela é dominada pelo campo magnético do Sol e um vento ionizado que sopra do Sol para fora. Do lado de fora da heliosfera, o espaço interestelar é preenchido por matéria vinda de outras estrelas e o campo magnético das regiões próximas da Via Láctea.
A Voyager 1 e sua irmã gêmea, Voyager 2, foram lançadas em 1977. Elas circularam por Júpiter, SAturno, Urano e Netuno, antes de seguirem para suas missões interestelares em 1990. Agora, sua meta é deixar a heliosfera, sendo uma parte da missão a medição do tamanho desta.
Os artigos na Science se focam nas observações feitas de maio a setembro de 2012 pelos instrumentos de medição de raios cósmicos, partículas de baixa energia e magnetômetros, com alguns dados adicionais sobre as partículas carregadas obtidas em abril do corrente ano.
A Voyager 2 está a cerca de 15 bilhões de km do Sol e ainda dentro da heliosfera. A Voyager 1 estava a cerca de 18 bilhões de km do Sol, em 25 de agosto, quando ela chegou à “auto-estrada magnética”, também conhecida como a “região de depleção”, e é uma conexão com o espaço interestelar. Esta região permite que partículas carregadas entrem e saiam da heliosfera ao longo de uma suave linha magnética, em lugar de serem defletidas em todas as direções, como se estivessem presas em uma rede de estradas secundárias. Pela primeira vez e nesta região, os cientistas puderam detectar raios cósmicos de baixa energia, oriundos de estrelas moribundas.
“Observamos um dramático e rápido desaparecimento das partículas originadas no Sol. Sua intensidade diminuiu mais de 1.000 vezes, como se houvesse uma gigantesca bomba de vácuo na rampa de acesso da auto-estrada magnética”, diz Stamatios Krimigis, o principal investigador do instrumento de medição de partículas de baixa energia no Laboratório de Física Aplicada da Universidade Johns Hopkins em Laurel, Md. “Nunca tínhamos testemunhado uma tal diminuição antes, a não ser quando a Voyager 1 saiu da magnetosfera gigante de Júpiter, há uns 34 anos”.
Outro comportamento das partículas carregadas, observado pela Voyager 1, também indica que a espaçonave ainda está em uma região de transição para o meio interestelar. Ao atravessar esta nova região, as partículas carregadas originárias da heliosfera que desapareceram mais rapidamente foram aquelas que viajavam ao longo das linhas do campo magnético solar. As partículas que se moviam perpendicularmente às linhas do campo na auto-estrada magnética não despareciam tão rapidamente. No entanto, os raios cósmicos que se moviam ao longo das linhas do campo na auto-estrada magnética eram algo mais populosos do que aqueles que se moviam perpendicularmente ao campo. Acredita-se que no espaço interestelar, a direção do movimento das partículas carregadas não tenha qualquer influência.
No espaço de cerca de 24 horas, o campo magnético originário do Sol também começou a “engarrafar”, tal como carros que diminuem a velocidade para pegar uma rampa de saída de uma auto-estrada. No entanto, os cientistas foram capazes de quantificar o campo magnético e verificar que sua direção não tinha mudado mais do que 2 graus.
“Um dia apenas fez uma tal diferença nesta região, com o campo magnético subitamente dobrando e se tornando extraordinariamente suave”, diz Leonard Burlaga, o autor principal de um dos artigos e com base no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, Md. “Mas como não houve uma mudança significativa na direção do campo magnético, ainda estamos observando as linhas de campo originadas no Sol”.
O Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, Calif., construiu e opera as espaçonaves Voyager. O Instituto de Tecnologia da Califórnia em Pasadena gerencia o JPL para a NASA. As missões Voyager são uma parte do Observatório do Sistema Heliofísico da NASA, patrocinado pela Divisão de Heliofísica da Diretoria de Missões Científicas do Quartel-General da NASA em Washington.
Para mais informações (em inglês) sobre as missões das espaçonaves Voyager, visite: http://www.nasa.gov/voyager e http://voyager.jpl.nasa.gov .
Um proto-exoplaneta muito estranho…
Surpesa na formação de um exoplaneta
13 de junho de 2013
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Imagens do disco exoplanetário TW Hidra. |
Washington, D.C.— Uma equipe de pesquisadores descobriu indícios de que um exoplaneta pode estar se formando bem longe de sua estrela — a cerca do dobro da distância de Plutão para nosso Sol. O planeta fica em um disco gasoso e poeirento em torno de uma pequena anã vermelha, TW Hidra, a qual tem apenas cerca de 55% da massa do Sol. Esta descoberta aumenta ainda mais a sempre crescente variedade de sistemas planetários na Via Láctea. A pesquisa foi publicada no Astrophysical Journal.*
Este poeirento disco protoplanetário é o mais próximo de nós, a cerca de 176 anos-luz na direção da constelação de Hidra. Os astrônomos usaram observações do Telescópio Espacial Hubble em uma larga faixa de comprimentos de onda, da luz visível até o infravermelho próximo, para modelar as cores e a estrutura do disco de uma forma até então nunca feita. Eles encontraram uma falta de material no disco, ou falha parcial, a cerca de 80 unidades astronômicas (UA – uma UA é a distância do Sol à Terra). Seus modelos indicam que a depressão tem cerca de 20 UAs de largura, um pouquinho mais larga do que o necessário para uma falha causada pela acreção de um planeta e consistente com um planeta com uma massa entre 6 e 28 vezes a da Terra. Esta característica é vista em todos os comprimentos de onda, o que indica que é uma diferença estrutural e não causada por uma composição local. A equipe acredita que é um forte indício de que a formação de um planeta está causando a falha.
“O sistema TW Hidra tem entre 5 e 10 milhões de anos de idade e deve estar na fase final de formação de planetas, antes que seu disco se dissipe”, observou a co-autora Alycia Weinberger da Carnegie, investigadora principal das observações. “É surpreendente encontrar um planeta com apenas 5 a 10% da massa de Júpiter se formando tão distante, já que os planetas deveriam se formar mais rápida e aproximadamente. Em todos os cenários de processos de formação de planetas, é difícil fazer um planeta de pequena massa tão distante de uma estrela de pequena massa”.
A meta dessas observações era compreender não só se haveria a formação de planetas, como também quais condições podem resultar na formação de planetas e quais as substâncias químicas estão disponíveis para a formação de novos planetas. Os modelos criados pela co-autora Hannah Jang-Condell, um antiga pesquisadora da Carnegie, mostram que o disco era mais brilhante do que o esperado, o que indica que grãos de poeira muito pequenos estão sendo alçados bem acima do plano médio. Isto é surpreendente porque as observações com rádio-telescópios havia mostrado anteriormente que a poeira contida no disco tina se conglomerado em pedriscos.
Weinberger projetou que as observações fossem capazes de detectar grandes grãos de água na camada superficial do disco. Esses grãos não foram encontrados, o que provavelmente significa que eles cresceram e se afundaram no plano médio do disco, onde eles podem se agregar em planetas ricos em água.
A formação de planetas distante de uma estrela mãe pequena não se encaixa com os dogmas vigentes de formação de planetas. Sob o cenário mais aceito, os planetas se formam ao longo de dezenas de milhões de anos a partir da lenta acreção de poeira, rochas e gases. Isto acontece com mais facilidade perto da estrela central, onde as escalas de tempos orbitais são curtos. Mesmo em um cenário de instabilidade do disco, no qual os planetas podem colapsar rapidamente do disco, não está bem claro como um tal planeta de pequena massa pode se formar.
O astrofísico da Carnegie Alan Boss, que trabalha com modelos de instabilidade do disco, disse: “Se a massa desse suposto planeta for pequena como parece ser, isso vai ser um quebra-cabeças. A teoria diz que ele não pode existir!”
O principal autor do estudo, John Debes do Instituto de Ciência Espacial com Telescópios e também um antigo pesquisador da Carnegie, observou: “Tipicamente, são necessários pedriscos antes que um planeta possa se formar. Então, se houver um planeta na falha e não houver poeiras maiores do que um grão de areia mais longe, nós conseguimos um belo desafio para os modelos tradicionais de formação de planetas”.
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*Os autores do estudo são John Debes, Hannah Jang-Condell, Alycia Weinberger, Aki Roberge e Glenn Schneider. O apoio para o trabalho foi dado pela NASA através do Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, operado pela Associação de Universidades para Pesquisa em Astronomia, INc. Debes, Jang-Condell e Roberge são todos antigos pesquisadores da Carnegie.
Mais uma teoria sobre a Matéria Escura
Uma teoria simples pode explicar a misteriosa matéria escura
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Crédito: Michael Smeltzer, Vanderbilt University |
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A maior parte da matéria do universo pode ser feita de partículas que possuem um incomum campo eletromagnético em forma de anel, chamado anapolo.
Esta proposta, que dota as partículas de matéria escura com uma forma rara de eletromagnetismo, foi reforçada por uma análise detalhada realizada por um par de físicos teóricos da Universidade Vanderbilt: o Professor Robert Scherrer e o doutor-associado Chiu Man Ho. Um artigo sobre a pesquisa foi publicado online no mês passado por Physics Letters B.
“Existem muitas teorias diferentes acerca da natureza da matéria escura. O que eu gosto nesta teoria é sua simplicidade, singeleza e o fato de que pode ser testada”, disse Scherrer.
No artigo, intitulado “Anapole Dark Matter,” os físicos propõem que a matéria escura – um tipo invisível de matéria que perfaz 85% de toda a matéria do universo – pode ser constituída de um tipo básico de partícula chamado Férmion de Majorana. A existência desta partícula foi prevista em 1930, mas ela tem teimosamente resistido a ser detectada.
Um bom número de físicos sugeriu que a matéria escura seja feita de Férmions de Majorana, porém Scherrer e Ho realizaram cálculos detalhados que demonstram que essas partículas são particularmente adequadas a possuir um tipo raro de campo eletro-magnético em forma de anel, chamado um anapolo. Este campo lhes conferiria propriedades diferentes das partículas que possuem campos mais comuns, do tipo com dois polos (norte e sul, positivo e negativo) e explica por que elas são tão difíceis de detectar.
“A maioria dos modelos para a matéria escura supõe que ela interaja por meio de forças exóticas que não encontramos no dia-a-dia. A matéria escura anapolar usa o mesmo eletromagnetismo que aprendemos na escola – a mesma força que faz com que os imãs grudem em sua geladeira ou fazem com que um balão de ar esfregado nos cabelos grude no teto”, explica Scherrer. “Além disso, o modelo faz predições muito específicas acerca das quantidades que deverão ser detectadas nos enormes detectores de matéria escura enterrados no chão por todo o mundo. Tais predições mostram que a existência da matéria escura anapolar deve ser comprovada ou descartada em breve por tais experimentos”.
Férmions são partículas como o elétron e o quark, que são os componentes básicos da matéria. Sua existência foi predita por Paul Dirac em 1928. Des anos depois, pouco antes de desaparecer misteriosamente no mar, o físico italiano Ettore Majorana produziu uma variante da fórmula de Dirac que prevê a existência de um férmion eletricamente neutro. Desde então, os físicos vêm buscando os Férmions de Majorana. O candidato inicial foi o neutrino, porém os cientistas não conseguiram determinar a natureza dessa partícula elusiva.
A existência da matéria escura foi também inicialmente proposta nos anos 1930 para explicar as discrepâncias nas velocidades de rotação dos aglomerados galáticos. Subsequentemente, os astrônomos descobriram que a rotação das estrelas em torno das galáxias individuais também estava fora de sincronia. As observações detalhadas mostraram que as estrelas afastadas do centro das galáxias estão girando em velocidades muito mais altas do que poderia ser explicado pela quantidade de matéria visível que as galáxias contêm. Presumir que elas contenham uma grande quantidade de matéria “escura” invisível é a conclusão mais lógica para explicar tais discrepâncias.
Os cientistas hipotetizaram que a matéria escura não pode ser vista pelos telescópios porque ela não interage de maneira forte com a luz e outras radiações eletromagnéticas. Com efeito, as observações astronômicas basicamente descartaram a possibilidade de que as partículas de matéria escura tenham cargas elétricas.
Entretanto, mais recentemente, vários cientistas consideraram partículas de matéria escura que não teham cargas elétricas, mas têm dipolos elétricos ou magnéticos. O único problema é que, mesmo que esses modelos complicados são descartáveis em favor de partículas de Majorana. Esta é uma das razões pelas quais Ho e Scherrer examinaram mais de perto a versão de matéria escura com um momento magnético anapolar.
“Embora os Férmions de Majorana sejam eletricamente neutros, as simetrias fundamentais da natureza os proíbem de adquirir quaisquer propriedades eletromagnéticas, exceto se foram anapolares”, diz Ho. A existência de um anapolo magnético foi previsto pelo físico soviético Yakov Zel’dovich em 1958. Desde então, isso foi observado na estrutura magnética dos núcleos dos átomos do césio-133 e do itérbio-174.
Partículas com os familiares dipolos elétrico e magnético interagem com campos eletromagnéticos até quando estão estacionárias. As partículas com anapolos, não. Estas precisam estar em movimento antes que possam interagir e quanto mais rápido se moverem, mais forte será a interação. Em função disto, as partículas anapolares teriam sido muito mais interativas durante os estágios iniciais do universo e teriam se tornado cada vez menos interativas na medida em que o universo se expandiu e esfriou.
As partículas de matéria escura anapolar sugeridas por Ho e Scherrer teriam se aniquilado no universo primitivo tal como quaisquer outras partículas de matéria escura propostas, e as partículas remanescentes deste processo formariam a matéria escura que vemos hoje [NT: ou não vemos…]. Porém, como a matéria escura está se movendo muito mais devagar no presente e porque as interações anapolares dependem de quão depressa elas se movem, essas partículas teriam escapado da detecção até agora, porém por muito pouco.
Formação de Planetas: uma possível dica
‘Armadilha de Poeira’ em torno de uma estrela distante pode ser a solução para o mistério da formação de planetas
Com base no baú de tesouros das recentes descobertas, os astrônomos agora sabem que os planetas são algo muito comum em nossa galáxia e podem ser comuns em todo o universo. Embora os planetas pareçam se formar prontamente, o real processo de sua formação permanece um mistério e os astrônomos continuam buscando as peças que faltam para este quebra-cabeças cósmico.
 Imagem do ALMA da armadilha de poeira em torno de IRS 48. O objeto em forma de crescente é resultado da acumulação de grãos de poeira maiores nas regiões externas do disco. Isto cria um porto seguro para que os grãos de poeira se aglomerem em objetos cada vez maiores. Crédito: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO) / Nienke van der Marel |
Uma equipe internacional de astrônomos, usando o novo telescópio Atacama Large Millimeter/ submillimeter Array (ALMA) descobriu uma intrigante pista que pode ajudar a explicar como os planetas rochosos são capazes de evoluir em um turbilhonante disco de poeira e gases.
Imageando as regiões externas de um jovem sistema solar conhecido como Oph IRS 48, que fica a 390 anos-luz da Terra aproximadamente na constelação Ofiúco (Ophiuchus – o Serpentário), os astrônomos descobriram uma formação em forma de crescente, conhecida como “armadilha de poeira”. Os pesquisadores especulam que essa característica recém-descoberta é verdadeiramente um casulo protetor onde podem acontecer os primeiros passos para a formação de planetas, asteroides e cometas.
Quando os astrônomos tentaram modelar a evolução dos grãos de poeira em corpos proto-planetários, tais como cascalhos e pedregulhos, eles encontraram um problema. Assim que os grãos de poeira se aglomeravam acima de um certo tamanho, eles tendiam a se auto-destruir, ou pela colisão com outros aglomerados, ou por serem atraídos pela estrela-mãe. Para conseguirem vencer esse irritante limite de tamanho, os astrônomos teorizaram que redemoinhos rodopiantes que se formassem no disco, poderiam criar as armadilhas de poeira, regiões que permitiriam que as partículas de poeira se aglomerassem, preparando eventualmente o palco para a formação de objetos cada vez maiores.
“Existe um importante obstáculo na longa cadeia de eventos que vai de pequenos grãos de poeira até objetos do tamanho de planetas”, conta Til Birnstiel, um pesquisador do Centro de Astrofísica Harrvard-Smithsonian em Cambridge, Massachusetts e co-autor do artigo publicado na Science. “Nos modelos de computador da formação de planetas, os grãos de poeira têm que crescer de objetos menores que um mícron até objetos com dez vezes as massa da Terra em poucos milhões de anos. Porém, assim que as partículas ficam suficientemente grandes, elas ganham velocidade e ou colidem entre si, o que as manda de volta à primeira casa, ou lentamente derivam para dentro, o que acaba com qualquer crescimento ulterior”.
Para salvar os grãos de poeira desse destino, os astrônomos propuseram que um vórtex, essencialmente uma corcova no disco, produziria uma área de alta pressão e protegeria os aglomerados de poeira em crescimento.
Entretanto, a criação de uma armadilha de poeira requer a mão amiga de um objeto muito grande, tal como um planeta gigante gasoso, ou uma estrela companheira. Na medida em que esse objeto secundário atravessa o disco, ele cria uma trilha limpa em torno da estrela e produz os vórtices e rodamoinhos essenciais em sua esteira.
Estudos anteriores de Oph IRS 48 tinham revelado um anel muito uniforme de monóxido de carbono e pequenos grãos de poeira em torno da estrela, sem qualquer vestígio de uma teórica armadilha de poeira. Entretanto, eles também detectaram uma grande falha entre as porções interna e externa do disco, o que seria um provável rastro de um planeta muito massivo, na ordem de 10 massas de Júpiter, ou uma estrela companheira. Um tal objeto poderia produzir as condições necessárias para uma armadilha de poeira.
 Impressão artística da estrutura proposta para o disco de Oph IRS 48. As manchas amarronzadas representam os grãos de poeira de diversos tamanhos. Os maiores grãos detectados pelo ALMA ficam concentrados na armadilha de poeira na parte de baixo da imagem. Em azul, a distribuição do gás de monóxido de carbono. A falha no disco é representada com o corpo que se propõe esteja varrendo a área e criando as condições necessárias para a formação da armadilha de poeira. Crédito: Nienke van der Marel |
Usando o ALMA, os pesquisadores conseguiram observar simultaneamente o gás e os grãos de poeira muito maiores, revelando algo que outros telescópios não podiam: uma protuberância na parte externa do disco.
“No início o formato da poeira nas imagens foi uma completa surpresa para nós”, diz Nienke van der Marel, um estudante de doutorado no Observatório Leiden na Holanda e principal autor do artigo. “No lugar de um anel que esperávamos ver, encontramos um formato, bem claro, de uma castanha de cajú. Nós tivemos que nos convencer de que a característica era real, mas a força do sinal e a precisão das observações do ALMA não deixaram qualquer dúvida acerca da estrutura”.
Embora as observações do ALMA só tenham revelado a estrutura externa do disco, que fica a mais de 50 vezes a distância da Terra ao sol, o princípio ainda seria o mesmo mais perto da estrela onde se formariam os planetas rochosos. “Esta estrutura que vemos com o ALMA poderia ser reduzida em escala para representar o que pode estar acontecendo no sistema solar interior, onde os planetas mais parecidos com a Terra iriam se formar”, diz Birnstiel. “No caso destas observações, entretanto, podemos estar vendo algo análogo à formação do Cinturão de Kuiper ou da Nuvem de Oort Cloud, regiões de nosso Sistema Solar onde se acredita que os cometas se originam”.
Estas observações foram realizadas com apenas uma parte das 66 antenas que o ALMA deve vir a ter. Quando o sistema completo estiver em funcionamento no fim deste ano, o ALMA terá a visão mais acurada de qualquer observatório astronômico e será uma importante ferramenta para a compreensão do processo de formação de planetas.
O ALMA é uma instalação astronômica internacional, uma parceria entre a Europa, a America do Norte e a Ásia Oriental, em cooperação com a República do Chile. A construção e a operação do ALMA são lideradas pelo Observatório Europeu do Sul (ESO), pelo National Radio Astronomy Observatory (NRAO) dos EUA e pelo Observatório Astronômico do Japão.
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