Essa é quente: temperaturas (absolutas) negativas

Publicado 4 de jan de 2013
Escrito por
Discussão 1 Comentário
Categorias Astrofísica, EurekAlert, Física

Max-Planck-Gesellschaft

Uma temperatura abaixo do zero absoluto

Átomos a temperaturas absolutas negativas são os sistemas mais quentes do mundo

 IMAGEM: Uma temperatura negativa quente: Em uma temperatura absoluta negativa, a distribuição de energia das partículas se inverte, em comparação com uma temperatura positiva.Clique aqui para mais informações (em inglês).

O que é corriqueiro para a maior parte das pessoas durante o inverno, até agora era impossível na física: uma temperatura negativa. Na escala Celsius, uma temperatura negativa só é surpreendente durante o verão. Na escala absoluta de temperaturas – também chamada de escala Kelvin – usada pelos físicos, não é possível ir abaixo do zero – pelo menos não no sentido de ficar mais frio do que zero Kelvin. Segundo o significado de temperatura para a física, a temperatura de um gás é determinada pelo movimento caótico de suas partículas – quanto mais frio um gás, mais lentas serão suas partículas. A zero kelvin (menos 273 graus Celsius) as partículas param de se mover e toda a desordem desaparece. Desta forma, nada pode ser mais frio do que o zero absoluto na escala Kelvin. Os físicos da Universidade Ludwig-Maximilians em Munique e do Instituto Max Planck de Óptica Quântica criaram agora em laboratório um gás atômico que, não obstante, apresenta valores Kelvin negativos. Estas temperaturas absolutas negativas causam várias consequências aparentemente absurdas: embora os átomos se atraiam mutuamente e criem uma pressão negativa, o gás não entra em colapso – um comportamento igualmente postulado para a energia escura na cosmologia. Máquinas supostamente impossíveis, tais como um motor de combustão com uma eficiência termodinâmica maior que 100%, também podem ser imaginadas com a ajuda de temperaturas absolutas negativas.

Para levar água à fervura, é preciso adicionar energia. À medida em que a água se aquece, as moléculas de água têm sua energia cinética aumentada ao longo do tempo e se movem cada vez mais rápido em média. Ainda assim, cada molécula individual tem uma energia cinética diferente – desde muito lentas até muito rápidas. Os estados de baixa energia são mais prováveis do que os estados de alta energia, isto é, somente algumas partículas se movem muito rápido. Na física, esta distribuição [de estados] é chamada de distribuição de Boltzmann. Os físicos que trabalham com Ulrich Schneider e Immanuel Bloch agora obtiveram um gás no qual esta distribuição é precisamente invertida: muitas partículas têm altas energias e umas poucas têm baixas energias. Esta inversão da distribuição de energia se traduz como se as partículas tivessem assumido uma temperatura negativa.

“A distribuição de Boltzmann invertida é o marco da temperatura absoluta negativa e foi isso o que conseguimos”, diz Ulrich Schneider. “Entretando o gás não é mais frio do que zero kelvin, porém mais quente”, explica o físico: “É mais quente ainda do que quaisquer temperaturas positivas – a escala de temperaturas simplesmente não termina no infinito; ao invés disso, ela salta para valores negativos”.

Uma temperatura negativa só pode ser obtida com um limite superior para a energia

O significado de uma temperatura absoluta negativa pode ser melhor ilustrado com esferas rolantes em um terreno montanhoso, onde os vales representam uma baixa energia potencial e os topos uma alta energia. Quanto mais rápido as esferas se moverem, mais alta será sua energia cinética: se começarmos com uma temperatura positiva e aumentarmos a energia total das esferas, aquecendo-as, as esferas vão se espalhar, cada vez mais, pelas regiões de alta energia. Se fosse possível aquecer as esferas a uma temperatura infinita, haveria uma probabilidade igual de as encontrarmos em qualquer ponto do terreno, sem qualquer diferença da energia potencial. Se fosse possível adicionar ainda mais energia e aquecer as esferas ainda mais, elas tenderiam a ser reunir em estados de alta energia e ficariam ainda mais quentes do que em uma temperatura infinita. A distribuição de Boltzmann seria invertida e a temperatura, portanto, seria negativa. À primeira vista pode parecer estranho que uma temperatura absoluta negativa seja mais quente do que uma positiva. No entanto, isto é apenas uma consequência da definição histórica de temperatura absoluta; se houvesse uma definição diferente, a aparente contradição não existiria.

Esta inversão da população de estados de energia não é possível com a água ou qualquer outro sistema natural, uma vez que o sistema teria que absorver uma quantidade infinita de energia  – O que é impossível! No entanto, se as partículas tivessem um limite superior para sua energia, tal como o topo dos montes em nosso terreno de energias potenciais, a situação seria completamente diferente. Os pesquisadores do grupo de pesquisa de Immanuel Bloch e Ulrich Schneider obtiveram um sistema assim, de um gás atômico com um limite superior de energia em seu laboratório, seguindo as propostas teóricas de Allard Mosk e Achim Rosch.

 IMAGEM: A temperatura representada como esferas em um terreno montanhoso: A distribuição de Boltzmann estabelece quantas partículas podem ter qual energia.

Clique aqui para mais informações (em inglês).

Em sua experiência, os cientistas primeiro resfriaram cerca de cem mil átomos em uma câmara de vácuo até uma temperatura positiva de poucos bilionésimos de grau Kelvin e os capturaram em armadilhas ópticas feitas com raios laser. O vácuo ultra alto em torno dos átomos garantiu que os átomos ficassem perfeitamente isolados termicamente de seu ambiente. Os feixes de laser criaram uma, assim chamada, grade óptica, na qual os átomos ficam arrumados regularmente nas casas da grade. Nessa grade, os átomos ainda podem se mexer de uma casa para outra, através do efeito de túnel, mas, mesmo assim, sua energia cinética tem um limite superior e, portanto, fica estabelecido o limite superior de energia necessário. A temperatura, entretanto, é relacionada não apenas com a energia cinética, mas à energia total das partículas, o que, neste caso, inclui as energias interativa e potencial. O sistema dos pesquisadores de Munique e Garching também estabelece um limite a ambas. Os físicos então levam os átomos até esse limite superior de energia total – criando assim uma temperatura negativa, no entorno de uns poucos bilionésimos de grau kelvin.

Em uma temperatura negativa, uma máquina pode realizar mais trabalho

Se nossas esferas tivessem uma temperatura positiva e ficassem em um vale de energia potencial mínima, tal estado seria obviamente estável – essa é a natureza que conhecemos. Se as esferas estivessem posicionadas no topo de uma montanha na energia potencial máxima, usualmente elas rolariam para baixo, convertendo sua energia potencial em cinética. “Entretanto, se as esferas estiverem em uma temperatura negativa, sua energia cinética já será tão grande que não pode mais ser aumentada”, explica Simon Braun, um estudante de doutorado do grupo de pesquisas. “Assim, as esferas não podem rolar para baixo e permanecem no topo do morro. O limite de energia as tornou estáveis, portanto!” O estado de temperatura negativa na experiência é, em verdade, tão estável quanto um estado de temperatura positiva. “Desta forma nós criamos o primeiro estado de temperatura absoluta negativa para partículas móveis”, acrescenta Braun.

A matéria em uma temperatura absoluta negativa tem todo um leque de consequências espantosas: com ajuda dela, se pode criar motores térmicos, tais como motores de combustão, com uma eficiência maior que 100%. Isso, porém, não quer dizer que a lei de conservação de energia seja violada. Em lugar disso, o motor seria capaz de absorver energia não só do meio mais quente – e assim realizar trabalho – como, em contraste com o caso usual, poderia absorver também energia do meio mais frio.

Em temperaturas apenas positivas, o meio mais frio inevitavelmente se aquece, absorvendo assim uma parte da energia do meio quente e, desta forma, limitando a eficiência. Se o meio quente tiver uma temperatura negativa, é possível absorver energia de ambos os meios simultaneamente. O trabalho realizado pelo motor, então, será maior do que a energia inserida apenas no meio quente – e a efeiciência sera maior do que 100%.

A realização dos físicos de Munique pode ser também interessante para a cosmologia, uma vez que o comportamento termodinâmico da temperatura negativa exibe semelhanças com a assim chamada energia escura. Os cosmologistas postulam que a energia escura é uma força misteriosa que acelera a expansão do universo, embora o cosmos devesse se contrair por conta da energia da atração gravitacional de todas as massas. Ocorre um fenômeno similar na nuvem atômica do laboratório de Munique: a experiência se apoia no fato de que os átomos no gás não se repelem mutuamente, tal como em um gás ususal; ao contrário, eles se atraem. Isso significa que os átomos exercem uma pressão negativa, em lugar de uma pressão positiva. Como consequência, a nuvem de átomos quer se contrair e deveria entrar em colapso – exatamente como seria de se esperar do universo sob o efeito da gravidade. Porém, por causa da sua temperatura negativa, isso não acontece. O gás é poupado do colapso, tal como o universo.

###

Publicação original:

Simon Braun, J. Philipp Ronzheimer, Michael Schreiber, Sean S. Hodgman, Tim Rom, Immanuel Bloch, Ulrich Schneider Negative Absolute Temperature for Motional Degrees of Freedom
Science, 4 January 2013

 

Tags ,

Matéria escura! (será mesmo?…)

Publicado 8 de nov de 2012
Escrito por
Discussão 3 Comentários
Categorias Astrofísica

Photobucket

Registrado um possível sinal de Matéria Escura

Crédito da Imagem: NASA

Pesquisadores reagem com um misto de entusiasmo e dúvida às descobertas do telescópio

Publicado originalmente em: 8 de Novembro de 2012 – 10:30
Por: Mike Lucibella, Contribuidor do ISNS

(ISNS) — Um sinal, aparentemente vindo do centro de nossa galáxia, pode ser o indício que os físicos vem esperando longamente da existência da matéria escura, a misteriosa substância que se supõe que representa a massa que falta no universo.

No entanto, no recém-concluído Simpósio Internacional Fermi em Monterey, Califórnia, os pesquisadores também não foram capazes de excluir inteiramente a possibilidade de que um problema no telescópio seja a causa da assinatura de energia inesperada.

Aproximadamente 80% da matéria do universo é invisível e, por décadas, os cientistas tem procurado uma explicação. Em abril os cientistas encontraram pela primeira vez o que poderia ser o “Santo Graal” da astrofísica: um aparente sinal de partículas dessa matéria escura.

Os físicos que examinaram os dados do Telescópio Espacial Fermi de Raios Gama da NASA encontraram um inesperado pico de partículas de luz de alta energia, conhecidas como fótons de raios Gama, vindos do centro da galáxia. Desde então, várias equipes independentes analisaram os dados e ofereceram diferentes explicações, porém ninguém, até agora, foi capaz de afirmar definitivamente se o que estamos vendo é mesmo um sinal da matéria escura, ou algum erro no telescópio.

“Eu estou razoavelmente certo de que não sabemos ainda”, ironizou Eric Charles, físico de Stanford e membro da equipe do Telescópio Fermi telescope. “Nós não temos um bom sinal de calibragem nessas energias”.

O sinal em potencial entusiasmou os astrofísicos porque ele parece se encaixar bem em uma das principais teorias sobre a composição da matéria escura. A maior parte dos físicos pensa que o principal componente da matéria escura seja um tipo de partícula, ainda por descobrir, chamado de “WIMP” (acrônimo de “weakly interacting massive particle” – “partícula maciça de interação fraca” – um trocadilho, já que “wimp” significa “covardão” e a essas partículas se opõem aos “MACHOS” – acrônimo de “Massive astrophysical compact halo object”, “objeto astrofísico maciço de halo compacto” – que seriam o restante da matéria escura). As WIMPS não interagem com a luz, de forma que são completamente invisíveis.

No entanto, uma colisão entre duas WIMPS pode produzir partículas de luz de alta energia. Os cientistas supõem que as partículas de matéria escura possam ser suas próprias antipartículas. De acordo com a teoria, se duas partículas de matéria escura entrarem em contato, elas se aniquilarão e criarão um par de fótons de alta energia, o que pode ser o que o Telescópio Fermi está detectando.

“É exatamente o que seria de se esperar de fótons gerados por matéria escura”, diz Stefano Profumo, um físico de astro-partículas da Universidade da California, Santa Cruz, que escreveu seu próprio relatório independente sobre a pesquisa. “Eu penso que não há outro processo astrofísico [conhecido] que possa imitar o que estamos vendo nos dados”.

Os sinais são sedutores, mas ainda existem muitas questões não respondidas sobre o que eles são ou até mesmo se eles estão realmente lá.

“A resposta é que realmente não sabemos”, diz Dan Hooper do Laboratório Nacional do Acelerador Fermi, em Illinois. Ele se declara inclinado a achar que o que o telescópio está mostrando é o resultado de algum erro ou imperfeição no próprio telescópio. “Eu não tenho certeza de que é uma falha dos instrumentos, mas é o que meus instintos me dizem”.

Os cientistas no simpósio também levantaram questões sobre se o sinal não será devido a um problema ainda desconhecido no telescópio. .

Charles sublinhou o fato de que também se observa um pico de raios gama no mesmo comprimento de onda quando se aponta o telescópio para a borda da Terra, longe do centro da galáxia.

Os raios cósmicos que bombardeiam a atmosfera da Terra produzem uma distribuição predizível e equânime de energia que os cientistas usam para calibrar os instrumentos no Telescópio Fermi. No entanto, um pico inesperado no mesmo nível de energia que o centro da galáxia, continua aparecendo, toda vez que se aponta o telescópio para o horizonte terrestre.

“Isso é preocupante”, argumenta Charles, que acrescenta que isso pode ser um indício de um problema com os instrumentos. O telescópio insiste em medir fótons com uma energia idêntica de 130 bilhões de elétron-volts (130 GeV), mais de 500 milhões de vezes mais energéticos do que um fóton de luz verde. Para aumentar ainda mais a confusão, o sinal não aparece em qualquer outro lugar para onde o telescópio for apontado, a não ser para a borda da Terra e para o centro da  Via Láctea.

Outro pesquisador da equipe do Fermi da NASA, Andrea Albert da Universidade do Estado de Ohio, reprocessou os dados, introduzindo uma correção para possíveis danos por radiação ao telescópio, e descobriu que a linha se deslocou ligeiramente e ficou menos intensa. Sua significância estatística foi reduzida e o pico que era na faixa de 130 GeV, passou a ser na faixa de 135 GeV.

“Não está completamente descartado ainda”, disse Albert. “Nós realmente temos razões para estarmos suspeitosos e e se realmente se trata de uma linha de matéria escura”.

O aparente  ponto de origem do sinal também foi alvo de extenso escrutínio. A gravidade deveria puxar a matéria escura para o centro da galáxia; no entanto, o sinal parece estar vindo de um ponto a alguns graus de distância do centro.

Kanishka Rao, um físico da Universidade da California, Irvine, defendeu o caso a favor da matéria escura, calculando que ainda há uma chance de 20% de que o sinal venha mesmo do centro da galáxia.

“É estatisticamente consistente que, mesmo que se tenha um halo de matéria escura no cento, ainda assim se possa ver um sinal deseixado do centro, já que há tão poucos fótons”, argumentou Rao.

Sua equipe também encontrou indícios nos dados de um segundo e mais difuso pico, vindo do centro da galáxia. Segundo ele, esse segundo sinal, na faixa dos 110 GeV, também seria consistente com uma descoberta de matéria escura. Se duas WIMPs colidirem, existe uma chance de ocorrer igualmente uma colisão com uma terceira partícula, um bóson Z, o que roubaria um pouco da energia de um dos dois fótons.

Os cientistas já começaram a trabalhas em novos meios para verificar se os sinais realmente estão lá. O Fermi já está coletando mais dados e estes devem ser processados e divulgados em algum ponto do ano que vem. Além disso o Telescópio Estereoscópico de Alta Energia na Namibia deve varrer a mesma região do céu em 2013.

Mike Lucibella é um contribuidor do Inside Science News Service.

Tags , ,

Ondas gravitacionais produzidas por estrelas anãs brancas

Publicado 28 de ago de 2012
Escrito por
Discussão Comente!
Categorias Astrofísica, Astronomia

Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics

Anãs brancas encurvam o espaço e produzem ondas gravitacionais

 IMAGEM: Esta é uma concepção artística do sistema J0651, com as ondulações realçadas para mostrar como o par de anãs brancas está emitindo ondas gravitacionais.

Clique aqui para mais informações. 

Ondas gravitacionais – de maneira bem parecida com o recém descoberto bóson de Higgs – são notoriamente difíceis de observar. Os cientistas conseguiram detectar pela primeira vez essas ondulações na textura do espaço-tempo de maneira indireta, por meio dos sinais de radio de um sistema binário composto por um pulsar e uma estrela de nêutrons. Essa descoberta – que precisou de uma sincronização extremamente precisa dos sinais de radio – rendeu um Prêmio Nobel à equipe que a realizou. Agora uma equipe de astrônomos detectou o mesmo efeito na faixa de luz visível, na luz de um par de anãs-brancas que se eclipsam alternadamente.

“Este resultado marca uma das detecções mais limpas e fortes do efeito de ondas gravitacionais”, declarou Warren Brown, membro da equipe do Observatório Astrofísico Smithsonian (Smithsonian Astrophysical Observatory = SAO).

A equipe descobriu o par de anãs brancas no ano passado (anãs brancas são os remanescentes dos núcleos de estrelas parecidas com nosso Sol). O sistema, chamado SDSS J065133.338+284423.37 (ou, abreviadamente, J0651), contém duas anãs brancas tão próximas entre si – apenas um terço da distância entre a Terra e a Lua – que completam uma órbita em menos de 13 minutos.

“A cada seis minutos as estrelas do J0651 se eclipsam entre si, tal como visto da Terra, o que as torna um cronômetro sem paralelo e preciso, a uns 3.000 anos-luz de distância”, diz o autor principal do estudo,  J.J. Hermes, um estudante de pós-graduação que trabalha com o Professor Don Winget na Universidade do Texas em Austin.

A Teoria da Relatividade Geral de Einstein prediz que objetos em movimento criam ondulações sutis na tessitura do espaço-tempo, chamadas de ondas gravitacionais. Essas ondas gravitacionais devem ser capazes de transportar energia, fazendo com que as estrelas muito lentamente se aproximem mais ainda e orbitem cada vez mais rápido. A equipe foi capaz de detectar esse efeito no J0651.

“Em comparação com abril de 2011, quando descobrimos este objeto, os eclipses estão agora ocorrendo seis segundos antes do esperado”, declarou o membro da equipe Mukremin Kilic da Universidade de Oklahoma.

“Este é um efeito da relatividade geral que se pode medir com um relógio de pulso”, acrescentou Warren Brown do SAO.

O sistema J0651 vai prover a oportunidade de comparar futuras detecções diretas, com base no espaço, de ondas gravitacionais, com aquelas inferidas a partir do decaimento orbital, o que vai proporcionar importantes benchmarks para nossa compreensão do funcionamento da gravidade.

A equipe espera que o período encurte ainda mais e mais a cada ano, com os eclipses acontecendo mais de 20 segundos antes do (de outra forma) esperado no entorno de maio de 2013. As estrelas vão eventualmente se fundir, em cerca de dois milhões de anos. Observações futuras continuarão a medir o decaimento orbital desse sistema e vão tentar entender como as forças de marés afetam a fusão dessas estrelas.

 

###
Tags , , , ,

Em cada buraco negro, um universo inteiro

Publicado 17 de maio de 2012
Escrito por
Discussão 6 Comentários
Categorias Astrofísica, Cosmologia

Photobucket

Traduzido de: Every Black Hole Contains a New Universe

 

Um físico apresenta uma solução para os atuais mistérios do cosmos.

17 de maio de 2012

 

Por Nikodem Poplawski, Colunista Convidado do Inside Science Minds 
Inside Science Minds

Inside Science Minds apresenta uma série de colunistas convidados e perspectivas pessoais apresentadas por cientistas, engenheiros, matemáticos e outros membros da comunidade científica que expõem as ideias mais interessantes na ciência atual. 

 

Nikodem Poplawski

Imagem em tamanho original
Nikodem Poplawski exibe um “tornado em um tubo”. A garrafa de cima simboliza um buraco negro, os gargalos conectados representam um “buraco de verme” e a garrafa de baixo simboliza o universo em expansão no recém-formado outro lado do buraco de verme.
Crédito: Cortesia da Universidade de Indiana.


(ISM) – Nosso universo pode existir dentro de um buraco negro. Isso pode soar estranho, mas pode ser realmente a melhor explicação de como o universo começou e daquilo que observamos hoje. É uma teoria que vem sendo explorada nas últimas décadas por um pequeno grupo de cientistas, inclusive eu.

Em que pese seu sucesso, existem questões importantes não solucionadas pela teoria-padrão do Big Bang, a qual implica que o universo começou em uma “singularidade” aparentemente impossível, um ponto infinitamente pequeno que continha uma concentração de matéria infinitamente grande, que se expandiu até o tamanho que observamos hoje. A teoria da inflação, uma expansão super-rápida do espaço que foi proposta nas recentes décadas, preenche várias lacunas importantes, tais como por que pequenas irregularidades na concentração da matéria do universo primordial coalesceram em grandes corpos celestes tais como galáxias e aglomerados de galáxias.

No entanto, essas teorias deixam algumas importantes perguntas sem respostas. Por exemplo: O que deu início ao Big Bang? O que fez a inflação terminar? Qual é a fonte da misteriosa energia escura que aparentemente está fazendo o universo acelerar sua expansão?

A ideia de que nosso universo está contido inteiramente em um buraco negro, fornece respostas para esses problemas e muitos outros. Ela elimina a noção de singularidades fisicamente impossíveis em nosso universo. E ela é compatível com as duas principais teorias na física.

A primeira é a Relatividade Geral, a moderna teoria da gravidade. Ela descreve o universo nas maiores escalas. Qualquer evento no universo acontece em um ponto do espaço e do tempo, ou espaço-tempo. Um objeto maciço como o Sol distorce ou “curva” o espaço-tempo, tal como uma bola de boliche em repouso sobre uma lona. A mossa gravitacional causada pelo Sol altera o movimento da Terra e dos outros planetas que o orbitam. Esse “puxão” do Sol é percebido por nós como a força da gravidade.

A segunda é a mecânica quântica, que descreve o universo nas menores escalas, tais como o nível dos átomos. No entanto, a mecânica quântica e a relatividade geral são, atualmente, duas teorias separadas. Os físicos se esforçam em tentar combinar as duas em uma única teoria de “gravidade quântica”, de forma a descrever adequadamente fenômenos importantes, inclusive o comportamento de partículas subatômicas dentro dos buracos negros.

Uma adaptação, da década de 1960, da relatividade geral, chamada a teoria da gravidade Einstein-Cartan-Sciama-Kibble, leva em conta os efeitos da mecânica quântica. Ela não só representa um passo na direção da gravidade quântica, como também leva a um quadro alternativo do universo. Esta variante da relatividade geral incorpora uma importante propriedade quântica, conhecida como spin. As partículas tais como elétrons e átomos possuem spin, o momento angular interno que é análogo à rotação de um patinador que gira no gelo.

Neste quadro, os spins das partículas interagem com o espaço-tempo e o dotam de uma propriedade chamada “torção”. Para entender o que é “torção”, imagine o espaço-tempo não como uma lona bidimensional, mas como uma haste flexível unidimensional. Dobrar a haste corresponder a encurvar o espaço-tempo e torcer a haste corresponde a uma torção no espaço-tempo. Se haste for fina, você pode ver ela dobrada, mas é muito difícil saber se a haste está ou não torcida.

A torção no espaço-tempo só seria significativa no universo primordial, ou em buracos negros. Nesses ambientes extremos, a torção do espaço-tempo se manifestaria como uma força repulsiva que atuaria em sentido contrário à força gravitacional da curvatura do espaço. Tal como na versão padrão da relatividade geral, as estrelas muito maciças acabam colapsando em buracos negros: regiões do espaço de onde nada, nem mesmo a luz, pode escapar.

Então, aqui está como a torção funcionaria nos momentos inciais de nosso universo dentro de um buraco negro. Inicialmente, a atração gravitacional entre as partículas suplantaria as forças repulsivas da torção, fazendo com que a matéria colapsasse em uma região menor ainda do espaço. Mas eventualmente a torção se tornaria muito forte e impediria que a matéria se comprimisse até um ponto de densidade infinita. Não obstante, a matéria ainda estaria aglomerada em um estado de alta densidade. A enormemente alta energia gravitacional neste estado altamente aglomerado da matéria causaria uma intensa produção de partículas, uma vez que a energia pode ser convertida em matéria. Esse processo aumentaria ainda mais a massa no interior do buraco negro.

O número crescente de partículas com spin resultaria em níveis maiores de torção do espaço-tempo. A torção repulsiva frearia o colapso e criaria um big-bounce [nota do tradutor: não dá para traduzir… “bounce” é o “quique”, o movimento de volta de, por exemplo, uma bola que bate em uma parede], tal como uma bola de futebol que tenha sido espremida e escape. O rápido recuo depois de um tal big bounce poderia ser o que levou à nosso universo em expansão. O resultado desse recuo é compatível com as observações sobre o formato, a geometria e a distribuição de massas do universo.

Por sua vez, o mecanismo de torção sugere um espantoso cenário: cada buraco negro produziria um novo universo dentro dele. Se isso for verdade, então a primeira matéria de nosso universo veio de algum outro lugar. Então, nosso universo pode estar no interior de um buraco negro que existe em outro universo. Da mesma forma que não podemos ver o que acontece dentro de um buraco negro no cosmos, quaisquer observadores no universo original não poderiam observar o que acontece no nosso.

O movimento da matéria através da fronteira do buraco negro, chamada de “horizonte de eventos”, somente aconteceria em uma direção, o que forneceria uma direção para o tempo que nós percebemos como se movendo “para a frente”. A seta do tempo em nosso universo, portanto, seria herdada, através da torção, de nosso universo original.

A torção também pode explicar o desequilíbrio observado entre matéria e antimatéria no universo. Por causa da torção, a matéria sempre decairia nos familiares quarks e elétrons, e a antimatéria decairia em “matéria escura”, uma forma misteriosa e invisível de matéria que parece ser responsável pela maior parte da matéria do universo.

Black Hole IMage

Imagem em tamnho original
No centro da galáxia espiral M81 fica um buraco negro super maciço com cerca de 70 milhões de vezes a massa de nosso Sol. Crédito: X-ray: NASA / CXC / Wisconsin /D.Pooley & CfA / .Zezas; Optical: NASA/ESA/CfA/A.Zezas; UV: NASA/JPL-Caltech/CfA/J.Huchra et al.; IR: NASA/JPL-Caltech/CfA
Credit: NASA et al.


Finalmente, a torção pode ser a fonte da “energia escura”, uma forma misteriosa de energia que permeia todo o espaço e aumenta a taxa de expansão de nosso universo. Uma geometria com torção produz naturalmente uma “constante cosmológica”, um tipo de força adicional que é a maneira mais simples de  explicar a energia escura. Dessa forma, a observada aceleração da expansão do universo pode acabar sendo o maior indício em favor da torção.

Portanto a torção propicia um fundamento teórico para um cenário onde o interior de cada buraco negro se torna um novo universo. Ela também parece um remédio para vários dos maiores problemas atuais da teoria da gravidade e da cosmologia. Os físicos ainda precisam combinar a teoria Einstein-Cartan-Sciama-Kibble inteiramente com a mecânica quântica, para formar uma teoria da gravidade quântica. E, embora resolva algumas questões importantes, ela levanta outras novas. Por exemplo, o que o que sabemos sobre o universo original e o buraco negro dentro do qual nosso universo reside? Quantas camadas de universos originais poderíamos ter? Como podemos verificar se nosso universo existe dentro de um buraco negro?

Essa última pergunta pode potencialmente ser investigada: uma vez que todas as estrelas e, por consequência, todos os buracos negros giram, nosso universo teria herdado a direção de rotação de nosso buraco negro como “direção preferencial”. Existem indícios recentemente revelados, a partir da observação de mais de 15.000 galáxias, que em um hemisfério do universo a maioria das galáxias espirais é “levógira” (gira para a esquerda), ou seja: gira no sentido dos ponteiros do relógio, enquanto que no outro hemisfério existem mais galáxias “destrógiras” – giram no sentido anti-horário. Seja qual for o caso, eu acredito que incluir a torção na geometria do espaço-tempo é um passo correto na direção de uma teoria cosmológica bem sucedida.

Nikodem Poplawski é um físico teórico da Universidade de Indiana.

Tags ,

Sonda de Gravidade B: Einstein (como sempre) está certo

Publicado 4 de maio de 2011
Escrito por
Discussão 2 Comentários
Categorias Astrofísica, Física

 

Artist concept of Gravity Probe B

Concepção artística da espaçonave Gravity Probe B em órbita polar em torno da Terra. Crédito da Imagem: Stanford.


Traduzido de: NASA’s Gravity Probe B Confirms Two Einstein Space-Time Theories

A missão da NASA Gravity Probe B (GP-B = Sonda de Gravidade B) confirmou duas previsões chave derivadas da Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein, cuja comprovação era exatamente a missão da espaçonave.

O experimento, lançado em 2004, empregou quatro giroscópios ultra-precisos para medir o hipotético efeito geodésico: a deformação do espaço-tempo no entorno de um corpo com gravidade e o arrasto de referenciais, a quantidade de deformação causada por um objeto giratório com massa na estrutura do espaço-tempo em seu entorno.

A GP-B estabeleceu os valores de ambos os efeitos com uma precisão sem precedentes, apontando para uma estrela solitária, IM Pegasi, enquanto descrevia uma órbita polar ao redor da Terra. Se a gravidade não afetasse o espaço-tempo, os giroscópios da GP-B apontariam na mesma direção para sempre enquanto estivessem em órbita. Mas, confirmando as teorias de Einstein, os giroscópios sofreram minúsculas, porém mensuráveis, mudanças de direção em sua rotação, causadas pela atração da gravidade da Terra.

A descoberta está publicada na versão online de Physical Review Letters.

“Imaginem a Terra como se ela estivesse imersa em mel. Na medida em que o planeta girar, o mel em torno dele vai se deformar e a mesma coisa acontece com o espaço-tempo”, declara Francis Everitt, o principal investigador da GP-B na Universidades Stanford. “A GP-B confirmou duas das previsões mais profundas do universo de Einstein que tem profundas implicações na pesquisa astrofísica. Igualmente, as décadas de inovação tecnológica por trás da missão vão deixar uma duradoura marca na Terra e no Espaço”.

A GP-B é uma das missões mais compridas da história da NASA, remontando o envolvimento da agência com o experimento ao segundo semestre de 1963 com as primeiras verbas para o desenvolvimento de um experimento com giroscópios relativísticos. Nas décadas seguintes o desenvolvimento levou a tecnologias revolucionárias para controlar as perturbações ambientes na espaçonave, tais como o arrasto aerodinâmico, campos magnéticos e variações térmicas. O colimador de estrelas e os giroscópios empregados foram os mais precisos que já foram um dia projetados e produzidos.

A GP-B completou sua coleta de dados e foi descomissionada em dezembro de 2010.

“Os resultados da missão terão um impacto de longa duração sobre o trabalho dos físicos teóricos”, afirma Bill Danchi, astrofísico senior e um dos cientistas do programa no quartel-general da NASA em Washington. “Qualquer refutação futura da Teoria da Relatividade Geral de Einstein terá que buscar medições ainda mais precisas do que o notável trabalho realizado pela GP-B”.

Essas inovações criadas para a GP-B foram empregadas nas tecnologias GPS que permitem que aeronaves pousem sem auxílio de (outros) instrumentos. Outras tecnologias desenvolvidas para a GP-B foram aplicadas na missão da NASA para a exploração do Fundo Cósmico de Micro-ondas que estabeleceu com precisão a radiação de fundo do universo. Essa medição foi o melhor ponto de apoio para a teoria do Big Bang e levou a um prêmio Nobel para o físico da NASA John Mather.

O conceito de satélite sem arrasto, cujo modelo pioneiro foi a GP-B, tornou possíveis vários satélites de observação da Terra inclusive o Gravity Recovery
and Climate Experiment (Recuperação de [Dados sobre a] Gravidade e Experiência Climática) da NASA e o Gravity field and
steady-state Ocean Circulation Explorer (Explorador do Campo Gravitacional e Circulação em Estado Estacionário dos Oceanos) da Agência Espacial Européia. Esses satélites fornecem as mais precisas medições do formato da Terra, um dado crítico para a precisa navegação em terra ou no mar, e a compreensão do relacionamento entre a circulação oceânica e os padrões climáticos.

A GP-B também ampliou as fronteiras do conhecimento e forneceu um campo de treinamento prático para 100 estudantes de doutorado e 15 de mestrado em diversas universidades dos Estados Unidos. Mais de 350 estudantes universitários e mais de quatro dúzias de estudantes secundaristas também trabalharam no projeto junto com cientistas de ponta e engenheiros aero-espaciais da indústria civil e do governo. Uma das estudantes universitárias que trabalhou na GP-B se tornou a primeira mulher astronauta, Sally Ride.  Outro foi Eric
Cornell que recebeu o Premio Nobel de Física em 2001.

“A GP-B fez acréscimos à base de conhecimentos sobre a relatividade de modo importante e seu impacto positivo será sentido nas carreiras dos estudantes cujas educações foram enriquecidas pelo projeto”, declarou Ed Weiler, administrador associado do Diretório de Missões Científicas do quartel-general da NASA.

O Centro de Voo Espacial Marshall  em Huntsville, Alabama, ferenciou o programa Gravity Probe-B para a agência. A Universidade Stanford, principal contratado da NASA para a missão, concebeu o experimento e foi responsável pelo projeto e integração da instrumentação científica, operação da missão e análise dos dados. A Lockheed Martin Corp. de
Huntsville projetou, integrou e testou o veículo espacial e alguns de seus componentes principais.

A atmosfera do Sol

Publicado 6 de jan de 2011
Escrito por
Discussão 8 Comentários
Categorias Astrofísica

Traduzido de: Longstanding Mystery of Sun’s Hot Outer Atmosphere Solved

A resposta está em jatos de plasma

Images showing narrow jets of material streaking upward from the Sun's surface at high speeds.

Estreitos jatos de material, chamados espículas, emergem da superfície do Sol em altas velocidades.
Crédito e imagem ampliada

6 de janeiro de 2011

Um dos mais renitentes mistérios da física do Sol é o motivo pelo qual a atmosfera externa do Sol, ou Coroa Solar, é milhões de graus mais quente do que sua superfície.

Agora, os cientistas acreditam ter descoberto uma fonte, talvez a principal, de gases quentes que recompletam a coroa: jatos de plasma que emergem logo acima da superfície do Sol.

A descoberta tem implicações para uma questão fundamental da astrofísica: como a energia sai do interior do Sol para criar sua atmosfera externa quente.

“Sempre foi uma questão embaraçosa o fato da atmosfera do Sol ser mais quente do que sua superfície”, conta Scott McIntosh, um físico solar do Observatório de Grande Altitude do Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center for Atmospheric
Research = NCAR) em Boulder, Colorado, que participou dos estudos.

Image showing jets of plasma from just above the Sun's surface.

Jatos de plasma que partem da superfície do Sol provavelmente recompletam a coroa.
Crédito e Imagem Ampliada

“Com a identificação do processo pelo qual esses jatos inserem plasma aquecido na atmosfera exterior do Sol, podemos obter uma compreensão bem melhor dessa região e, possivelmente, melhorar nossos conhecimentos sobre a influência sutil do Sol na atmosfera superior da Terra”.

A pesquisa, cujos resultados serão publicados nesta semana na Science, foi realizado por cientistas do Laboratório Solar e Astrofísico da Lockheed Martin (LMSAL), do NCAR e da Universidade de Oslo, apoiados pela NASA e a Fundação Nacional de Ciências (NSF) que patrocina o NCAR.

“Essas observações são um passo significativo para a compreensão das temperaturas observadas na coroa solar”, diz Rich
Behnke da Divisão de Ciências Atmosféricas e Geoespaciais da NSF. “Elas dão uma nova compreensão sobre a vazão de energia do Sol e de outras estrelas. Os resultados são um grande exemplo do poder da colaboração entre universidades, indústria privada e organizações e cientistas do governo”.

A equipe de pesquisas se focalizou nos jatos de plasma chamados espículas, que são jorros de plasma impelidos para cima a partir da superfície do Sol na direção da atmosfera exterior.

Images showing the Sun's outer atmosphere, or corona, and a jet of hot material.

A atmosfera externa do Sol, ou Coroa, é milhões de graus mais quente do que sua superfície.
Crédito e Imagem Ampliada

Durante décadas os cientistas acreditavam que as espículas poderiam enviar o calor para a coroa. Entretanto, após observações nos anos 1980, se descobriu que o plasma das espículas não chegava às temperaturas da coroa e, assim, a teoria saiu de voga.

“Nunca se observou espículas aquecidas a milhões de graus, de forma que seu papel no aquecimento da coroa foi considerado improvável”, conta Bart De Pontieu, o pesquisador chefe e físico solar no LMSAL.

Em
2007, De Pontieu, McIntosh e seus colegas identificaram uma nova classe de espículas que se moviam muito mais depressa e tinham uma vida mais curta do que as espículas tradicionais.

Essas espículas “tipo 2” se lançavam para cima em altas velocidades, frequentemente a mais de 100 km por segundo, antes de desaparecer. E o rápido desaparecimento desses jatos sugeria que o plasma carregado por eles poderia ficar muito quente, mas não havia indícios diretos nas observações desse processo.

Os pesquisadores se valeram de novas observações feitas com a Montagem de Imageamento Atmosférico do recém-lançado Observatório Dinâmico Solar da NASA e da Ferramenta de Plano Focal da NASA no Telescópio Óptico Solar no satélite japonês Hinode, para testar sua hipótese.

“As altas definições espacial e temporal dos novos instrumentos foi crucial para revelar esse suprimento de massa coronal, até então oculto”, explica McIntosh.

“Nossas observações revelam pela primeira vez a conexão direta entre o plasma aquecido a milhões de graus e as espículas que inserem esse plasma na coroa”.

Image showing of a solar eclipse showcasing the Sun's corona.

Um eclipse solar exibe a coroa solar.
Crédito e Imagem Ampliada

A descoberta representa um desafio às teorias existentes sobre o aquecimento da coroa.

Durante as últimas décadas, os cientistas propuseram uma grande variedade de modelos teóricos, mas a falta de observações detalhadas prejudicou seriamente o progresso.

“Um dos maiores desafios era compreender o que impele e aquece o material nas espículas”, observa De Pontieu. Ainda segundo ele, um passo chave será compreender melhor a região de interface entre a superfície visível do Sol, ou fotosfera, e sua coroa.

Outra missão da NASA, o Espectrógrafo de Imageamento da Região de Interface (Interface Region Imaging
Spectrograph = IRIS), está prevista para ser lançada em 2012 para fornecer dados de alta fidelidade sobre os complexos processos e enormes contrastes de densidade, temperatura e campo magnético entre a fotosfera e a coroa. Os pesquisadores esperam que isso revele mais acerca do aquecimento e do processo de emissão das espículas.

O LMSAL faz parte da Lockheed Martin
Space Systems Company, que projeta e desnvolve, testa, manufatura e opera todo um espectro de sistemas de alta tecnologia para a segurança nacional, forças armadas e clientes públicos e privados.

< br/>

Raios cósmicos = prótons

Publicado 1 de jul de 2010
Escrito por
Discussão Comente!
Categorias Astrofísica
Photobucket

Cientistas comprovam que os Raios Cósmicos são Feitos de Prótons

Um detector no Utah examina partículas que são milhares de vezes mais “nervosas” do que qualquer coisa feita na Terra

30 de junho de 2010

Por Phillip F. Schewe
Inside Science News Service

cosmic rays

Imagem ampliada

Raios cósmicos que tem origem fora de nossa galáxia, a Via Láctea, colidem com a atmosfera, onde dão início a um chuveiro de partículas secundárias.


Crédito: NASA


WASHINGTON (ISNS) — Os cientistas descobriram que os Raios Cósmicos são feitos de prótons, usando um enorme dispositivo de telescópios posicionados no deserto do Utah. Cada telescópio do conjunto de 67 deles, ve os céus com um olho multi-facetado. Não é à toa que chamam o arranjo de Olho de Mosca (Fly’s Eye).

Os cientistas no detector de Alta Resolução do Fly’s Eye, apelidado de HiRes, no Campo de Testes de Dugway do Exército em Utah, estabeleceram que os componentes de carga positiva encontrados no núcleo dos átomos são o que forma os raios cósmicos. Até então não se tinha certeza de que esses raios de altas energias não eram compostos por coisas mais pesadas, tais como um núcleo de átomo de ferro.

Os raios cósmicos tem origem fora de nossa galáxia, a Via Láctea, e colidem com nossa atmosfera, dando origem a um chuveiro de partículas secundárias. Essas partículas fazem com que as moléculas de nitrogênio no ar brilhem ligeiramente. A energia desse brilho é registrada em sensíveis detectores de luminosidade acoplados aos telescópios. As partículas criaram padrões cônicos e deixaram um jato de energia característico nos detectores.

Os raios cósmicos tem energias que podem ser muito mais altas do que qualquer coisa produzida pelos físicos. O HiRes examina a composição de raios cósmicos com energias um milhão de vezes maiores do que aquelas geradas na Terra, como as geradas no acelerador de partículas LHC.  

O detector HiRes pode mesmo determinar a direção do raio cósmico incidente.  John Belz, um membro da equipe, da Universidade do Utah, explica que o posicionamento de dois joogos de telescópios fornece a visão “estéreo” necessária ao rastreamento da trajetória do raio cósmico incidente. Os dois dispositivos, cada um deles cobrindo vários hectares, ficam a cerca de 13 km um do outro. A origem do raio cósmico pode ser localizada em uma região mais ou menos do tamanho de uma Lua Cheia.

Os realizadores da experiência coletaram dados ao longo de vários anos, entre maio de 1997 e abril de 2006, e publicaram recentemente seu trabalho em Physical
Review Letters.

Tempestades Solares: evitando surpresas desagradáveis

Publicado 18 de mar de 2010
Escrito por
Discussão Comente!
Categorias Astrofísica

[ Livremente traduzido de: Taking the “Surprise” out of Surprise Solar Storms ]

Os cientistas estão aprendendo a prever tempestades solares gigantescas que poderiam, a qualquer momento, atingir a Terra e produzir catástrofes em cascata

Image from a simulated interplanetary disturbance caused by an solar magnetic eruption (SME)

Imagem de uma simulação de perturbação interplanetária causada por uma Erupção Magnética Solar.
Crédito e imagem ampliada

18 de março de 2010

De 1 a 2 de setembro de 1859, O Sol lançou uma enorme e recordista ejeção de massa coronal (EMC) – uma gigantesca erupção de gases e plasma ionizados que podem ter atingido a massa de um bilhão de toneladas. Se espalhando pelo sistema solar a uma velocidade de muitos milhares de quilômetros por hora, a EMC eventualmente colidiu com a magnetosfera da Terra – uma casca invisível que envolve o planeta, preenchida por partículas carregadas, controladas pelo campo magnético da Terra.

Atingida pela EMC, a magnetosfera da Terra ficou temporariamente em um estado de pandemônio conhecido como tempestade geomagnética. Como resultado, os céus ficaram iluminados por auroras em technicolor, vistas tão ao Sul como em Cuba e El Salvador, e literalmente varreram os sistemas mundiais de telegrafia, os dispositivos de comunicação mais avançados da época.

A tempestade geomagnética de 1859, chamada de Tempestade Carrington [em homenagem ao astrônomo inglês Richard Carrington que registrou a maior protuberância solar associada à EMC], foi a maior tempestade geomagnética jamais registrada. “Porém não existe qualquer motivo para que a Terra não possa ser atingida por uma tempestade geomagnética tão grande ou maior hoje, amanhã, ou depois de amanhã”, afirma Sarah Gibson do Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center for Atmospheric Research = NCAR) em Boulder, Colorado.

Como a tempestade Carrington aconteceu em uma época de tecnologia relativamente baixa, a confusão que ela provocou foi uma amostra muito pequena do que poderia acontecer atualmente se uma tempestade tipo Carrington aingisse nossa sociedade altamenter dependesnte de tecnologias eletrônicas. Na verdade, de acordo com um relatório da Academia Nacional de Ciências [dos EUA], uma tempestade tipo Carrington poderia disparar uma catástrofe em cascata que incluiria o derretimento de transformadores que poderiam derrubar redes de transmissão de energia, resultando em “apagões” que afetariam até 130 milhões de pessoas, e afetar sistemas de abastecimento de água e serviços de esgotos, a paralização dos transportes movidos ou gerenciados por energia elétrica, assim como os sistemas de distribuição de água potável, alimentos, medicamentos e combustíveis.

No entanto uma tempestade geomagnética não teria nem que ter a intensidade recorde da Carrington para causar sérios danos. Nos últimos anos, tempestades geomagnéticas mais fracas danificaram sistemas tecnológicos tais como satélites, aumentaram os riscos de exposição à radiação de astronautas, interromperam as comunicações e sistemas de navegação e causaram grandes “apagões”.

As EMC estão associadas aos picos de atividade das manchas solares que são “nós-magnéticos” na superfície do Sol gerados por movimentos de material solar abaixo da superfície
(as manchas solares parecem escuras porque são mais frias e portanto menos brilhantes do que seu entorno mais quente). A atividade das manchas solares atinge um pico em ciclos de cerca de 11 anos que é, por sua vez, relacionado com um ciclo de 22 anos de reversões no campo magnético do Sol.

Durante um ciclo típico de 11 anos, o Sol ejeta cerca de 100 grandes EMC e cerca de quatro enormes EMC no sistema solar – das quais apenas uma fração usualmente atinge a Terra. Essas EMC tem maior probabilidade de ocorrer durantes os picos de atividade das manchas solares e são menos frequentes durante os períodos de baixa atividade das manchas solares.

“Entretanto”, alerta Gibson, “as EMC ainda ocorrem durante os períodos de baixa atiividade das manchas solares, mas elas são apenas menos numerosas e mais espaçadas entre si do que nos períodos de atividade das manchas solares. Portanto, ainda é muito possível que uma intensa tempestade geomagnética aconteça durante um pedíodo de mínimo solar”.

Uma vez que os cientistas vigiam constantemente as EMC através de sofisticados telescópios e porque usualmente leva de dois a três dias para o impacto de uma EMC chegar à Terra, os cientistas podem antecipar a ocorrência de tempestades geomagnéticas quando uma EMC direcionada para a Terra começa. Não obstante, os cientistas ainda não podem prever quando vai ocorrer uma EMC.

Com financiamento da Fundação Nacional de Ciências, os cientistas do NCAR estão empregando vários processos para melhorar sua compreensão das EMC e sua capacidade de prevê-las. Entre esses processos estão simulações em computador das EMC que descrevem suas propriedades físicas, com base nas condições existentes no Sol e na Terra, assim como as leis do magnetismo, eletricidade, gravidade e termodinâmica – como mostrado na imagem acima e em uma simulação animada  de uma EMC.

Algumas simulações se baseiam em dados hipotéticos que são projetados para refletir eventos solares típicos. Porém outras simulações são baseadas em dados específicos coletados em um dado dia e projetados para recriar verdadeiras EMC. Os dados incorporados em tais simulações podem incluir, por exemplo, a posição da Terra com relação ao Sol durante a EMC; a massa, composição, tamanho e carga da EMC; e as consições no entorno imediato da Terra quando da chegada da EMC. Comparando suas simulações com as observações diretas de EMC reais cujo comportamento foram criadas para simular, os cientistas podem avaliar a precisão de suas simulações e melhorá-las.

Por que a atmosfera do Sol é tão quente?

Publicado 4 de mar de 2010
Escrito por
Discussão Comente!
Categorias Astrofísica, Astronomia

[ Livremente traduzido de: Why Is the Sun’s Atmosphere So Hot? ]

Novas imagens de satélites dão aos cientistas pistas para compreender o duradouro mistério do que aquece a coroa solar

Image showing jets of dense plasma shooting up from the solar chromosphere.

Uma “cerca-viva” de espículas, ou jatos de plasma densos, se eleva da cromosfera solar.
Crédito e imagem ampliada

4 de março de 2010

O lançamento em 2006 do satélite multinacional Hinode mudou o quadro do Sol para a astrofísica. Para dois astrofísicos em particular, as imagens obtidas proporcionaram uma viagem de descoberta e a excitação de desvendar um mistério solar que persistia

A atmosfera da Terra pode obscurecer a visão com os telecópios dessasistidos com base na Terra, mas, sem este obstáculo, o telescópio de alta resolução a bordo do Hinode captura  imagens do Sol com detalhes sem precedentes.

Foi nessas novas imagens que Scott McIntosh, Bart De Pontieu, Viggo Hansteen e Karel Schrijver descobriran as melhores pistas que os levaram a descobrir uma maneira de responder ao enigma de porque a coroa solar é milhões de graus mais quente do que a superfície visível do Sol.

“Entre as regiões observadas pelo Hinode está a cromosfera solar, a área que separa a superfície do Sol – a fotosfera – de sua atmosfera estendida, a coroa”, explica McIntosh, astrofísico do Observatório de Grande Altitude do Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (NCAR), patrocinado pela NSF.

Jets coming out of the sun's lower atmosphere, as seen by the Hinode Solar Optical Telescope.


Veja o vídeo (em inglês)
Jatos vindos da atmosfera inferior do Sol, vistos pelo Telescópio Óptico Solar Hinode.
Créditp e imagem ampliada

A intuição nos leva a raciocinar que a atmosfera deveria ficar mais fria na medida em que nos afastamos da superfície do Sol, mas a realidade desmente essa suposição. Usando as imagens obtidas pelo Hinode, De Pontieu, cientista do Laboratório Solar e de Astrofísica Lockheed, McIntosh e seus colegas descobriram um novo tipo de espícula

As espículas “clássicas” (“tipo-I”) são jatos de plasma denso que se projetam da cromosfera e, quase sempre, voltam pelo caminho por onde foram, explica McIntosh. Essas espículas “tipo-II” – que McIntosh e De Pontieu recentemente batizaram de “radices”¹ – são mais quentes, efêmeras e mais rápidas do que suas irmãs tipo-I.

Faint mass-loading/heating outflows against the darker corona of a coronal hole.


Veja o vídeo (em inglês)
Fluxos esmaecidos de plasma que transportam massa e aquecem a coroa, vistos contra o fundo mais escuro de um buraco na coroa.
Crédito e imagem ampliada

McIntosh acrescenta: “Nas imagens do Hinode, as radices pareciam disparar para cima e desaparecer, frequentemente em velocidades superiores a 100 km/seg. Esses jatos provavelmente contém plasma em uma temperatura entre os 10.000 e vários milhões de graus Celsius e tem uma vida de não mais do que entre 10 a 100 segundos. Embora os astrofísicos, inclusive o fundador do NCAR, Walter Orr Roberts, tenham estudado longamente as espículas tipo-I, sabe-se que o material nelas contido não atinge a temperatura típica da coroa – cerca de 1 milhão de graus – o que eliminava uma conexão entre as espículas e o aquecimento da coroa”.

Foi somente em um congresso científico em 2008 sobre o Hinode – quando um colega discutiu ter observado uma componente sutil com uma velocidade de elevação de mais de 100 km/seg em uma região da coroa com um forte campo magnético – que De Pontieu e McIntosh se entreolharam, pensando exatamente a mesma coisa: será que aquilo era um indício das radices atingindo as temperaturas da coroa?

Longer-lived structures showing only those that are likely associated with chromospheric activity.


Veja o vídeo (em inglês)
Estruturas mais duradouras como estas provavelmente estão associadas com a atividade da cromosfera.
Crédito e imagem ampliada

Juntos, eles procuraram o conjunto de dados “ideal” do Hinode, um onde eles pudessem rastrear as colunas de plasma ejetadas da cromosfera para a coroa. Quando identiificaram esses dados, cada um abordou a tarefa por uma perspectiva diferente.

Ao compararem seus resultados, eles perceberam que as posições das radices e as assinaturas de velocidade ascendente observadas na coroa eram as mesmas. Eles também descobriram que as velocidades dos jatos vindos da cromosfera e os presentes nesses eventos na coroa se ajustavam muito bem.

Continuous outflows in the active region that are rooted in Type-II chromospheric spicules.


Veja o vídeo (em inglês)
Fluxos contínuos na região ativa, associados com as espículas tipo-II da cromosfera.
Crédito e imagem ampliada

“Eses fatos indicam que as radices podem desempenhar um papel importante no suprimento e preenchimento da massa quente da coroa solar e do vento solar, explicando a diferença de temperaturas entre a coroa e a fotosfera”, diz McIntosh. “Nossos cálculos indicam que as radices podem encher a coroa com plasma quente, mesmo que apenas entre 1 e 5 % das radices atinjam as temperaturas da coroa”.

Este trabalho não proporcionou apenas a alegria da descoberta para McIntosh, De Pontieu, Schrijver (também do Laboratório Solar e de Astrofísica da Lockheed Martin) e Hansteen (da Universidade de Oslo), com o entuisiasmo de levar sua hipótese original a uma conclusão espetacular, como também o esforço tem implicações diretas para com a pesquisa climática na Terra.

A schematic diagram of the cycle of mass in the solar atmosphere.

Um diagrama esquemático do ciclo de massa na atmosfera solar.
Crédito e imagem ampliada

“A compreensão dos processos solares melhora nossos conhecimentos sobre as interações Terra-Sol, dando novas abordagens sobre como a radiação UV gerada pelas tempestades solares afeta a atmosfera superior da Terra, o ozônio da estratosfera e – potencialmente – a dinâmica do clima global em escalas de tempo longas e curtas”, explica McIntosh.

Uma missão que vai ajudar na melhoria da compreensão das radices é a Interface Region Imaging Spectrograph (IRIS) da NASA que permitirá aos cientistas investigarem a formação das radices em alta resolução. Uma nova missão para o Hinode também está agendada e o lançamento do Observatório de Dinâmica Solar (Solar Dynamics Observatory) agora em 2010 fornecerá uma série adicional de imagens da coroa e alta resolução a cada 10 segundos.

– Rachel Hauser, National Center for Atmospheric Research, rhauser@ucar.edu

[1] “Radice” (plural “radici”) é um termo em latim para “raiz”, geralmente usado em botânica. A tendência atual é absorver o latinório tomado emprestado pelo inglês e pronunciado de forma atroz: “ra-dái-ce”.

De onde vêm os raios cósmicos

Publicado 16 de fev de 2010
Escrito por
Discussão Comente!
Categorias Astrofísica, Física

Photobucket


[ Link para o original em inglês: Where Cosmic Rays Come From ]

Um telescópio orbital rastreia os poderosos raios cósmicos até sua fonte.

16 de fevereiro de 2010

Por Phillip F. Schewe
Inside Science News Service

Cosmic Ray Fermi Telescope Image

Imagem ampliada.

Crédito: NASA|DOE|Fermi LAT Collaboration

WASHINGTON (ISNS) — Um novo mapa dos céus, feito com um telescópio sensível ao tipo mais poderoso de luz, chamado radiação gama, mostra que alguns raios cósmicos estão vindo dessas explosões estelares chamadas supernovas. Os novos mapas devem proporcionar aos astrônomos uma oportunidade melhor para entender o nascimento dos misteriosos raios.

Os raios cósmicos são partículas de alta energia que permeiam o universo. Alguns deles batem de encontro à atmosfera da Terra, disparando uma cascata de putras partículas que são detectáveis do chão. Uma teoria popular supõe que os raios cósmicos são criados em supernovas. Mas até agora isso se mostrou difícil de comprovar. Esses raios têm que vir de partes distantes de nossa galáxia, ou mesmo de outras galáxias distantes. Forças magnéticas podem desviar os raios durante sua jornada através do espaço, confundindi nossa percepção sobre sua origem.

É aí que entra em cena o Telescópio Espacial de Raios Gama “Fermi”. Lançado em órbita da Terra em 2008,  o Fermi observa alguns dos mais violentos eventos do espaço – inclusive supernovas. Os cientistas acreditam que alguns raios cósmicos se afastam das estrelas em explosão e,. então, colidem com nuvens de gás no espaço das proximidades, onde são convertidos em luz gama. Sem sofrer os efeitos do magnetismo no espaço, é essa luz que continua em direção da Terra, eventualmente atingindo o telescópio Fermi.

O telescópio funciona como uma enorme câmera digital que tira imagens dos escombros de supernovas. Como a luz pode levar centenas ou milhares de anos para completar a viagem até nosso planeta, a luz que podemos ver agora, mostra a supernova como ela era a séculos ou milênios atrás.

A capacidade avançada de imageamento do telescópio Fermi apresenta uma nova visão dos remanescentes das supernovas para este tipo de luz gama. As novas imagens nítidas e a explicação por trás delas, foram tornadas públicas durante um congresso da American Physical Society ocorrido nesta semana em Washington, D.C.

Um dos cientistas envolvidos, o físico de Stanford Stefan Funk, disse que as imagens gama, combinadas com observações feitas com outros telescópios sensíveis a outras faixas de luz, permitiram aos astrônomos confirmar que muitos dos raios cósmicos de alta energia vêm de supernovas.

« anterior

próxima »

Perfil

Um oficial reformado da Marinha com uma enorme paixão (não correspondida) pelas ciências.

Me permito recomendar:
Ciência 2.0
Open Education Database – Free Online Math Courses

Páginas

Sobre ScienceBlogs Brasil | Anuncie com ScienceBlogs Brasil | Política de Privacidade | Termos e Condições | Contato


ScienceBlogs por Seed Media Group. Group. ©2006-2011 Seed Media Group LLC. Todos direitos garantidos.


Páginas da Seed Media Group Seed Media Group | ScienceBlogs | SEEDMAGAZINE.COM