Poderosos jatos expelem material de uma galáxia em formação
National Radio Astronomy Observatory
Poderosos jatos expelem material de uma galáxia
Este processo limita os crescimento do buraco negro no centro e a taxa de formação de estrelas
Astrônomos, usando uma rede mundial de rádio telescópios, descobriram um forte indício de que um poderoso jato de material, acelerado até próximo da velocidade da luz pelo buraco negro central de uma galáxia, está expelindo massivas quantidades de gás para fora da galáxia. Segundo eles, este processo está limitando o crescimento do buraco negro e a taxa de formação de estrelas na galáxia, sendo assim uma peça chave para a compreensão do desenvolvimento das galáxias.
 Imagem de Radio Telescópio da galáxia 4C12.50, a uns 1,5 bilhões de anos-luz da Terra. A parte em destaque mostra em detalhe a posição da extremidade do jato super rápido de partículas, onde uma massiva nuvem de gás (em amarelo-alaranjado) está sendo empurrada pelo jato. Crédito: Morganti et al., NRAO/AUI/NSF |
Os astrônomos vêm teorizando que muitas galáxias deveriam ser mais massivas e ter mais estrelas do que as na verdade existentes. Os cientistas propuseram que dois principais mecanismos poderiam frear ou interromper os processos de aumento da massa e de formação de estrelas – violentos ventos estelares, oriundos de bursts de formação de estrelas e as perdas decorrentes das jatos alimentados pelo buraco negro supermassivo central da galáxia em formação.
“Com as imagens em grande detalhe obtidas por uma combinação intercontinental de radio telescópios, pudemos observar massivas bolhas de gás frio sendo empurradas para fora do centro galático pelos jatos alimentados pelo buraco negro”, diz Raffaella Morganti, do Instituto Holandês para Radio Astronomia e da Universidade de Groningen.
Os cientistas estudaram uma galáxia chamada 4C12.50, a uns 1,5 bilhões de anos-luz da Terra. Eles escolheram essa galáxia porque ela está em um estágio onde o “motor” do buraco negro que produz os jatos, acaba de ser ‘ligado”. Na medida em que o buraco negro, uma concentração de massa tão densa que nem a luz consegue escapar, puxa material para dentro de si, o material forma um disco giratório em torno do buraco negro. Processos que ocorrem nesse disco, sugam a tremenda energia gravitacional do buraco negro e a usam para expulsar material pelos polos do disco.
Nas extremidades de ambos os jatos, os pesquisadores encontraram bolhas de gás de hidrogênio se movendo para fora da galáxia a 1.000 km por segundo. Uma das nuvens tem mais de 16.000 vezes a massa de nosso Sol, enquanto a outra contém 140.000 vezes a massa solar. A nuvem maior, segundo os cientistas, tem mede aproximadamente 160 por 190 anos-luz.
“Este é o indício mais definitivo até hoje de uma interação entre o jato acelerado de uma galáxia assim e uma densa nuvem de gás interestelar”, diz Morganti. “Acreditamos estar observando em ação o processo pelo qual um motor ativo central pode retirar o gás – a matéria prima para a formação de estrelas – de uma galáxia jovem”, acrescenta ela.
Os cientistas também afirmam que suas observações indicam que os jatos expelidos pelo núcleo da galáxia podem tensionar e deformar as nuvens de gás interestelar de forma que o efeito de “empurrão” se expande além da pequena amplitude dos próprios jatos. Além disto, eles relatam que, no estágio de desenvolvimento da 4C12.50, os jatos podem “ligar” e “desligar”, de forma a repetir periodicamente o processo de expulsão de gases da galáxia.
Em julho, outra equipe de cientistas, usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), anunciou ter encontrado o gás sendo soprado para fora de uma galáxia mais próxima – a NGC 253 – por um intenso burst de formação de estrelas.
“Acredita-se que ambos os processos possam estar atuando, frequentemente de modo simultâneo, nas galáxias jovens, a fim de regular o crescimento de seu buraco negro central, assim como a taxa na qual elas podem criar novas estrelas”, declarou Morganti.
Morganti e sua equipe usaram radio telescópios na Europa e nos Estados Unidos, combinando seus sinais para formar um gigantesco telescópio intercontinental. Nos Estados Unidos esses incluíram o Very Long Baseline Array (VLBA) da Fundação Nacional de Ciências (NSF), um sistema continental de radio telescópios desde o Hawaii, passando pelos EUA continentais e chegando a St. Croix nas Ilhas Virgens, e mais uma antena do Karl G. Jansky Very Large Array (VLA) no Novo México. Os radio telescópios europeus empregados foram os de Effelsberg, Alemanha; Westerbork, na Holanda; e em Onsala, Suécia. O extremo poder de resolução – ou seja, a capacidade de observar pequenos detalhes – de um sistema tão abrangente, foi essencial para localizar precisamente a posição das nuvens de gás afetadas pelos jatos da galáxia.
Morganti trabalhou em conjunto com Judit Fogasy da Universidade Eotvos Lorand em Budapest, Hungria; Zsolt Paragi do Instituto Conjunto de Interferometria de Linha de Base Muito Longa da Europa; Tom Oosterloo do Instituto Holandês para Radio Astronomia e da Universidade de Groningen; e Monica Orienti do Instituto Nacional de Astrofísica da Itália – Instituto de Radio Astronomia. Suas descobertas serão publicadas na edição de 6 de setembro da Science.
O National Radio Astronomy Observatory é uma instalação da National Science Foundation, operado em cooperativa pela Associated Universities, Inc.
“Efeito borboleta” na Via Láctea
Um alinhamento bizarro de nebulosas planetárias
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IMAGEM:Os astrônomos usaram o Telescópio Espacial Hubble da NASA e o Telescópio “New Technology” (NTT) do ESO para explorar mais de 100 nebulosas planetárias no bulbo central da nossa galáxia. E eles descobriram que os membros dessa família cósmica, aqueles com o formato de borboleta, tendem a ser misteriosamente alinhados — um resultado surpreendente, dadas suas diferentes histórias e variadas propriedades.
Nos estágios finais da vida de uma estrela como nosso Sol, elas dispersam suas camadas externas pelo espaço circundante, formando os objetos conhecidos como nebulosas planetárias, os quais assumem vários formatos belos e surpreendentes. Um dos tipos dessas nebulosas planetárias, conhecido como nebulosa planetária bipolar, cria formatos fantasmagóricos de ampulhetas ou borboletas em torno de suas estrelas mães.
Todas essas nebulosas se formaram em locais diferentes e têm diferentes características. Nem cada nebulosa, nem a estrela que a formou, interagem com qualquer outra nebulosa planetária. No entanto, um novo estudo realizado pelos astrônomos da Universidade deManchester, Reino Unido, mostra similaridades surpreendentes entre algumas dessas nebulosas: muitas delas seguem o mesmo alinhamento nos céus [1].
“Esta é uma descoberta realmente surpreendente e, caso confirmada, uma muito importante”, explica Bryan Rees da Universidade de Manchester, um dos dois autores do artigo. “Muitas destas borboletas fantasmagóricas parecem ter seus eixos maiores alinhados com o plano da galáxia. Usando imagens tanto do Hubble como do NTT, pudemos obter uma visão realmente boa desses objetos, de forma que pudemos estudá-los bem detalhadamente”.
Os astrônomos examinaram 130 nebulosas planetárias no bulbo central da Via Láctea. Eles identificaram três tipos diferentes e esmiuçaram suas características e aparência [2].
“Muito embora duas dessas populações estivessem alinhadas de modo totalmente aleatório nos céus, tal como esperado, descobrimos que a terceira – as nebulosas bipolares – exibiam uma surpreendente preferência por um alinhamento em particular”, diz o segundo autor do artigo, Albert Zijlstra, também da Universidade de Manchester. “Embora qualquer tipo de alinhamento seja uma surpresa, encontrá-lo na superlotada região central de galáxia é mais inesperado ainda”.
Acredita-se que as nebulosas planetárias sejam esculpidas pela rotação do sistema estelar do qual são formadas. Isto depende das propriedades de cada sistema – por exemplo, se se trata de um sistema binário [3], ou se tem alguns planetas em órbita, duas coisas que podem influenciar grandemente o formato da bolha de material expelido. Os formatos das nebulosas bipolares são alguns dos mais extremos e acredita-se que isto seja decorrente da formação de jatos perpendiculares ao plano orbital do sistema estelar que sopram o material expelido para fora.
“O alinhamento que observamos nessas nebulosas bipolares indica algo estranho acerca dos sistemas estelares dentro do bulbo central”, explica Rees. “Para que eles se alinhem da maneira que observamos, os sistemas estelares que formaram essas nebulosas teriam que estar girando perpendicularmente com relação às nuvens interestelares a partir das quais se formaram, e isto é muito estranho”.
Não obstante as propriedades das estrelas mães serem um fator preponderante para o formato assumido por essas nebulosas, esta nova descoberta indica um novo fator ainda mais misterioso. Juntamente com as complexas características dos sistemas estelares, entram em conta as de nossa Via Láctea; todo o bulbo central gira em torno do centro da galáxia. Este bulbo pode ter uma influência maior do que se pensava sobre toda a galáxia – por meio de seus campos magnéticos. Os astrônomos sugerem que este comportamento ordeiro das nebulosas planetárias pode ter sido causado pela presença de fortes campos magnéticos quando da formação do bulbo.
Como o mesmo tipo de nebulosas mais próximos da Terra não se alinham da mesma forma ordenada, esses campos teriam que ter sido várias vezes mais fortes do que são hoje em dia na nossa vizinhança [4].
“Podemos aprender muito ao estudar esses objetos”, conclui Zijlstra. “Se eles realmente se comportam dessa forma inesperada, isto tem implicações não só para o passado de cada estrela, mas para o passado de toda nossa galáxia”.
Notas
[1] O “eixo longo” de uma nebulosa planetária bipolar corta as “asas” da “borboleta”, enquanto o “eixo curto” corta seu “corpo”.
[2] Os formatos das nebulosas planetárias foram classificados em três tipos, segundo as convenções: elíptico, com ou sem uma estrutura interna alinhada, e bipolar.
[3] Um sistema binário consiste de duas estrelas que giram em torno de um centro de gravidade comum.
[4] Pouco se sabe acerca da origem e das características dos campos magnéticos que estiveram presentes em nossa galáxia quando ela era jovem, de forma que é pouco claro como eles possam ter evoluído ao longo do tempo.
Outras Notas
O Telescópio Espacial Hubble é um projeto de cooperação internacional entre ESA e NASA.
A pesquisa é apresentada em uma artigo intitulado “Alignment of the Angular Momentum Vectors of Planetary Nebulae in the Galactic Bulge”, a ser publicado em Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
A equipe de astrônomos foi composta por B. Rees (Universidade de Manchester, RU) e A. A. Zijlstra (Universidade de Manchester, RU). Bryan Rees só veio a pesquisar astronomia recentemente – ele decidiu por um curso de PhD após sua aposentadoria precoce e este trabalho fez parte de sua tese.
Mais informações
Crédito da imagem: NASA (http://www.nasa.gov/) , ESA (http://www.spacetelescope.org/) , A. Zijlstra
Agradecimento: Josh Barrington
Links
- Artigo da pesquisa – http://www.spacetelescope.org/static/archives/releases/science_papers/heic1315a.pdf
- Notícia do ESO – http://www.eso.org/public/news/eso1338/
- Clip do filme da ESA “15 Years of Discovery”: Flight through butterfly shaped nebulae – http://spacetelescope.org/videos/hst15_butterfly/
- Imagens do Hubble – http://www.spacetelescope.org/images/archive/category/spacecraft/
A irmã (gêmea) mais velha do Sol
Identificada uma “irmã gêmea” (mais velha) do Sol
O telescópio VLT do Observatório Europeu do Sul (ESO) obtem novas dicas para a solução do mistério do lítio
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Os astrônomos vêm observando o Sol com telescópios somente há 400 anos — uma porção quase insignificante da idade do Sol, 4,6 bilhões de anos. Isso tornaria tremendamente difícil estudar a história e a futura evolução de nossa estrela, porém podemos fazê-lo, procurando pelas raras estrelas que sejam quase que exatamente iguais à nossa, mas em estágios diferentes de suas vidas. Agora, os astrônomos identificaram uma estrela que é essencialmente uma irmã gêmea de nosso Sol, só que 4 bilhões de anos mais velha — algo quase como um exemplo prático do paradoxo dos gêmeos [1].
Jorge Melendez (Universidade de São Paulo, Brasil), o líder da equipe e co-autor do novo artigo, explica: “Durante décadas os astrônomos vêm procurando por gêmeos do Sol, a fim de compreender melhor a estrela que nos dá vida. Entretanto, muito poucas foram encontradas, desde a primeira em 1997. Agora conseguimos obter espectros com qualidade excepcional através do VLT e podemos escrutinar as gêmeas do Sol com extrema precisão, para responder à pergunta se o nosso Sol é, de alguma forma, especial”.
A equipe estudou duas gêmeas do Sol [2] — uma que se pensava ser mais nova que o Sol (18 Scorpii) e uma que se esperava que fosse mais velha (HIP 102152). Eles empregaram o espectrógrafo UVES do VLT (acrônimo de Very Large Telescope = Telescópio Muito Grande) no Observatório Paranal do ESO, para dividir a luz em suas cores componentes, de forma a poder estudar as composições químicas e outras propriedades dessas estrelas em maior detalhe.
Eles descobriram que a HIP 102152 na constelação de Capricórnio é a irmã gêmea mais velha do Sol até hoje encontrada. Sua idade é estimada em 8,2 bilhões de anos, enquanto nosso Sol deve ter uns 4,6 bilhões. Por outro lado, foi confirmado que 18 é mais jovem que o Sol — cerca de 2,9 bilhões de anos de idade.
Estudar a irmã gêmea mais velha do Sol, HIP 102152, permite aos cientistas predizer o que pode vir a acontecer com nosso próprio Sol quando chegar a esta idade, e eles já realizaram uma decoberta significativa. “Uma das questões que pretendíamos bordar era se a composição do Sol é ou não típica”, esclarece Melendez. “E o que é mais importante: por que ele tem um conteúdo de lítio tão estranhmente pequeno?”
O lítio, o terceiro elemento da tabela periódica, foi criado no Big Bang junto com o hidrogênio e o hélio. Os astrônomos ponderam há anos sobre o motivo de algumas estrelas parecerem ter menos lítio do que as outras. Com as novas observações da HIP 102152, os astrônomos deram um grande passo para a solução desse mistério, estabelecendo uma forte correlação entre a idade de uma estrela do tipo do Sol e seu conteúdo de lítio.
Nosso Sol contém agora apenas 1% do conteúdo de lítio que estava presente no material do qual ele se formou. Os exames das gêmeas do Sol mais novas indicaram que essas irmãs mais jovens contém uma quantidade significativamente maior de lítio, mas, até agora, os cientistas não tinham meios de provar uma correlação entre a idade e o conteúdo de lítio [3].
TalaWanda Monroe (Universidade de São Paulo), o principal autor do novo artigo, conclui: “Descobrimos que a HIP 102152 tem níveis muito baixos de lítio. Isto demonstra claramente pela primeira vez que as irmãs gêmeas mais velhas do Sol realmente têm um conteúdo de lítio inferior ao das mais jovens. Agora podemos ter certeza de que as estrelas de alguma forma destroem seu lítio na medida em que envelhecem e que o conteúdo de lítio do Sol parece ser normal para sua idade”. [4]
Um toque final nesta história é que a HIP 102152 tem um padrão peculiar de composição química que é sutilmente diferente das outras gêmeas do Sol, porém semelhante ao do Sol. Ambas as estrelas exibem uma deficiência de elementos que são abundantes em meteoritos e na Terra. Isso é um forte indício de que a HIP 102152 pode ser “mãe” de planetas rochosos do tipo da Terra [5].
Notas
[1] Muitas pessoas conhecem o paradoxo dos gêmeos: um dos gêmeos idênticos faz uma viagem espacial e retorna à Terra, mais moço do que seu irmão que ficou em casa. Muito embora não haja qualquer viagem no tempo envolvida com as semelhanças entre essas estrelas, podemos observar estrelas muito semelhantes (tal como irmãs gêmeas), com idades bem distintas — “retratos” da vida do Sol em idades diferentes.
[2] Estrelas “gêmeas do Sol”, “análogas ao Sol” e “tipo solar” são categorias de estrelas, de acordo com sua similaridade com o nosso Sol. As “gêmeas do Sol” são as mais similares a nosso Sol, em massas, temperaturas e composição química. As gêmeas do Sol são raras, porém as outras classes, onde a similaridade é menos exata, são muito mais comuns.
[3] Estudos anteriores indicavam que o conteúdo de lítio de uma estrela também podia ser afetado pela presença de planetas gigantes em órbita delas (eso0942, eso0118, aritgo na Nature), embora esses resultados ainda sejam assunto de debates (ann1046).
[4] Ainda não está claro como o lítio é destruído dentro das estrelas, muito embora tenham sido propostos vários processos onde o lítio é levado da superfície da estrela para suas camadas interiores, onde então é destruído.
[5] Se uma estrela contém menos dos elementos que são comumente achados em corpos rochosos, isso indica que, provavelmente existam planetas rochosos do tipo da Terra, já que esses planetas absorvem tais elementos quando se forma o grande disco de matéria em torno da estrela. A sugestão de que a HIP 102152 pode ter tais planetas é ainda mais reforçada pelo monitoramento da velocidade radial da estrela com o espectrógrafo HARPS do ESO, que indica que, dentro da zona habitável dessa estrela, não existem planetas gigantes. Isso permitiria a existência de planetas semelhantes à Terra em órbita da HIP 102152; em sistemas ondem existem planetas gigantes próximos de sua estrela-mãe, as chances de encontrar planetas do tipo terrestre são muito menores, porque esses pequenos corpos rochosos são perturbados e feitos em pedaços.
Outras informações
Esta pesquisa foi apresentada em um artigo a ser publicado como “High precision abundances of the old solar twin HIP 102152: insights on Li depletion from the oldest Sun”, por TalaWanda Monroe et al. em Astrophysical Journal Letters.
A equipe era com posta por TalaWanda R. Monroe, Jorge Meléndez (Universidade de São Paulo, Brasil [USP]), Iván Ramírez (Universidade do Texas em Austin, EUA), David Yong (Universidade Nacional Australiana, Austrália [ANU]), Maria Bergemann (Instituto Max Planck para Astrofísica, Alemanha), Martin Asplund (ANU), Jacob Bean, Megan Bedell (Universidade de Chicago, EUA), Marcelo Tucci Maia (USP), Karin Lind (Universidade de Cambridge, RU), Alan Alves-Brito, Luca Casagrande (ANU), Matthieu Castro, José-Dias do Nascimento (Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Brasil), Michael Bazot (Centro de Astrofísica da Universidade de Porto, Portugal) e Fabrício C. Freitas (USP).
O ESO é a mais importante organização astronômica inter-governamental da Europa e o observatório astronômico mais produtivo do mundo. Ele é apoiado por 15 países: Alemanha, Áustria, Bélgica, Brasil, República Tcheca, Dinamarca, Espanha, França, Finlândia, Holanda, Itália, Portugal, Reino Unido, Suécia e Suíça.
Links
Artigo da pesquisa – http://www.eso.org/public/archives/releases/sciencepapers/eso1337/eso1337a.pdf
FAQ acerca do ESO e Brasil – http://www.eso.org/public/about-eso/faq/faq-eso-brazil.html
Fotos do VLT – http://www.eso.org/public/images/archive/category/paranal/
É um pássaro? É um avião? É um OVNI? Não… é um sprite!
Traduzido de: Is it a bird, a plane, a UFO? It’s a…red sprite
Cientistas atmosféricos estudam as estranhas luzes nos céus
| — | Original em inglês por Cheryl Dybas, NSF, cdybas@nsf.gov |
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Essas estranhas luzes nos céus são chamadas sprites vermelhos; elas se formam acima das nuvens de tempestade. |
26 de agosto de 2013
É um pássaro? É um avião? É um OVNI? As estranhas luzes no céu estão sendo vigiadas de perto pelos cientistas atmosféricos.
Chamadas de sprites pelos pesquisadores, essas fadas dançarinas das nuvens são às vezes vislumbradas como clarões vermelhos de luz com a forma de águas-vivas.
Outras vezes, elas se parecem com clarões azuis em forma de corneta (e são chamadas de jatos azuis). No entanto, tal como as ninfas mais elusivas, os sprites vermelhos e os jatos azuis só aparecem em uma ocasião: durante fortes trovoadas.
Muito embora tenham esporadicamente relatados por muitos anos por pilotos de aeronaves, somente na última década se coletou indícios suficientes para convencer os cientistas atmosféricos a investigar o fenômeno.
O que é isso no céu?
Agora os pesquisadores atônitos que se perguntavam “Que diabos é isso?”, podem ter encontrado respostas.
Acima das nuvens negras de uma trovoada, aparecem os sprites, na forma de clarões de luz vermelha lançados muito para cima, na atmosfera da Terra, explica o cientista Hans Nielsen da Universidade do Alaska em Fairbanks.
Os breves clarões se parecem com brilhantes águas-vivas, com “umbrelas” vermelhas e tentáculos arroxeados. Em uma única noite, uma trovoada de bom tamanho pode emitir até cem sprites.
Na imensidão azul – ou vermelha – acima
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Um milésimo de segundo: o quanto dura um sprite, mais rápido do que um piscar de olhos. |
Nielsen, Jason Ahrns, também da Universidade do Alaska em Fairbanks, Matthew McHarg da Academia da Força Aérea dos EUA e pesquisadores do Fort Lewis College formaram uma equipe neste verão [NT: verão lá no Hemisfério Norte] para estudar os sprites.
Eles empregaram a aeronave Gulfstream-V da Fundação Nacional de Ciências (NSF)/Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (NCAR), uma aeronave que é capaz de voar a grandes altitudes, alcançando os 50.000 pés (pouco mais de 15 km), para realizar sua pesquisa. Seu projeto é financiado pela NSF.
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Sprites vermelhos podem parecer águas-vivas luminosas, com estruturas parecidas com “umbrelas” e tentáculos. |
Os sprites são semelhantes aos relâmpagos, dizem Nielsen e McHarg, em tanto quanto são ambos resultantes de descargas de eletricidade que partem da atmosfera.
Embora os sprites imitem os relâmpagos “de algumas maneiras”, explica McHarg, “eles são diferentes em outras. Os relâmpagos acontecem abaixo e dentro das nuvens, em altitudes entre 3,5 a 8 km. Os sprites ocorrem muito acima das nuvens, a cerca de 80 km de altitude – 10 vezes mais alto do que os relâmpagos.
Eles são enormes, prossegue McHarg, atingindo 50 km acima de seu ponto de origem.
“Os sprites vermelhos não duram por muito tempo, entretanto; cerca de um milésimo de segundo. Isso é 300 vezes mais rápido do que um piscar de olhos!”
Os jatos azuis, que não faziam parte diretamente do estudo dos cientistas, duram mais do que os sprites vermelhos, têm origem no topo das nuvens de tempestade e se lançam para cima a uma altitude de menos da metade daquela dos sprites vermelhos. Os jatos azuis são mais estreitos do que os sprites vermelhos e se propagam no formato de cornetas em tons de azul e roxo.
“Este campo de pesquisas está evoluindo rapidamente e é importante para a compreensão do circuito elétrico global”, diz Anne-Marie Schmoltner, diretora de programa na Divisão de Ciências Atmosféricas e Geoespaciais da NSF, que patrocina da pesquisa. “A campanha aerotransportada [para detecção] dos sprites, durante o presente verão, nos forneceu observações com resoluções temporais sem precedentes”.
O que cria as luzes celestiais das trovoadas
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Acima das nuvens negras da tempestade, os sprites vermelhos (canto superior direito) imitam os relâmpagos. |
Os pesquisadores da atmosfera desenvolveram teorias para explicar essas luzes celestiais.
Os sprites vermelhos podem acontecer quando um raio de carga positiva nuvem-solo cai, o que perfaz cerca de 10% de todos os raios e que são muito mais poderosos do que os raios comuns de carga negativa.
Os clarões podem ser parentes das centelhas elétricas.
Depois que um possante raio cai, o campo elétrico acima de uma trovoada pode ficar reforçado a ponto de causar uma “ruptura elétrica”, uma sobrecarga que enfraquece a resistência da atmosfera ao fluxo da corrente elétrica. O resultado é uma imensa centelha, um sprite, na atmosfera.
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Os cientistas realizaram suas pesquisas a bordo da aeronave Gulfstream-V da NSF/NCAR. |
Embora ainda sejam ainda algo misteriosos, os sprites vermelhos ajudaram a responder algumas questões que vinham se perpetuando.
Os cientistas descobriram que os sprites vermelhos criam algumas das emissões de rádio em baixa frequência que vêm sendo captados ao longo dos anos pelos instrumentos, mas cuja fonte era desconhecida.
Grandes emissões de raios gama, provenientes da Terra, em lugar do espaço, também aparecem durante trovoadas, muito embora seu exato relacionamento com os sprites vermelhos permaneça obscuro.
Os pesquisadores agora avaliam se os sprites vermelhos (e os jatos azuis) podem afetar a atmosfera de modo importante.
Por exemplo, os sprites e jatos podem alterar a composição química da atmosfera superior. Embora sejam breves, eles podem deixar cargas de longa duração.
A cor vermelha profunda dos sprites é causada pela luz emitida pelas moléculas de nitrogênio na atmosfera, explica McHarg. Os sprites vermelhos podem se revelar importantes para a química da atmosfera e para o clima global, ao mudar as concentrações de óxido nítrico nas camadas superiores da atmosfera.
Os pesquisadores empregam uma técnica chamada espectroscopia de alta velocidade para estudar as diferentes cores dos sprites para determinar a quantidade de energia que os sprites carregam e descobrir mais sobre sua composição química.
Como ver um sprite
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Outra pesquisa financiada pela NSF estudou os jatos azuis, parentes próximos dos sprites vermelhos. |
Podem as pessoas que observam trovoadas em terra, vislumbrar os sprites vermelhos e os jatos azuis a olho nú? Sim, se eles souberem para onde olhar.
Os observadores têm que estarem em condições de visualizar uma trovoada distante, sem nuvens no meio, em uma área sem as luzes de uma cidade. E aí eles precisam olhar para cima da tempestade, não para os relâmpagos dentro das nuvens.
É provável, segundo os cientistas, que, se os observadores esperarem o suficiente, eles vejam um sprite vermelho. Os jatos azuis são mais difíceis de flagrar. O melhor ponto de observação provavelmente seria de dentro de uma aeronave que sobrevoasse a trovoada a quilômetros de distância.
Com seus pneus de borracha, um carro pode ser o veículo mais seguro de onde se pode caçar os efêmeros sprites das nuvens de trovoadas.
Banda de Möbius em cristal líquido
Bandas de Möbius dão nós em cristal líquido – novas possibilidades de materiais para dispositivos fotônicos
Cientistas da Universidade de Warwick demonstram como fazer nós em cristais líquidos com o uso de uma banda de Möbius em miniatura, feita de partículas de sílica
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Texto original em inglês por Anna Blackaby, contato com a imprensa da Universidade de Warwick.
Os cientistas da Universidade de Warwick demonstraram como se ata nós em cristais líquidos com o uso de uma banda de Möbius em miniatura, feita de partículas de sílica.
Atando substâncias como o cristal líquido em nós, os pesquisadores esperam compreender melhor como suas intrincadas configurações e suas propriedades ímpares podem ser aproveitadas para a próxima geração de materiais avançados e dispositivos fotônicos.
O cristal líquido é um material essencial na vida moderna – as telas planas de nossos computadores, TVs e smartphones, todos fazem uso de suas propriedades de modulação da luz.
Eles são compostos de moléculas finas, com aspecto de haste, que se auto-alinham de forma a apontarem em uma única direção. Ao controlar o alinhamento dessas moléculas, os cientistas podem literalmente atá-las em um nó.
Para fazê-lo, eles simularam adicionar uma partícula de sílica do tamanho de um mícron – ou seja, um coloide – ao cristal líquido. Isto perturba a orientação das moléculas de cristal líquido.
Por exemplo, um coloide na forma de uma esfera fará com que as moléculas de cristal líquido se alinhem perpendicularmente à superfície da esfera, um tanto como as cerdas de um porco-espinho.
Usando um modelo teórico, os cientistas da Universidade de Warwick tomaram este princípio e o estenderam a coloides que tem um formato de nó, na forma de uma banda de Möbius.
Uma banda de Möbius com uma torção não forma um nó, entretanto com três, quatro e cinco torções ela se torna um nó de trevo, um nó de Salomão, ou um nó quinquefólio respectivamente.
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Adicionando-se essas partículas especialmente projetadas, elas forçam o cristal líquido a assumir a mesma estrutura, criando um nó no cristal líquido.
Gareth Alexander, Professor Assistente em Física e Ciências da Complexidade na Universidade de Warwick declarou: “Os nós são objetos fascinantes e versáteis, que nos são familiares desde que começamos a amarrar nossos sapatos”.
“Recentemente foi demonstrado que os nós podem ser criados em vários conjuntos naturais, tais como campos eletromagnéticos, luz laser, vórtices fluidos e cristais líquidos”.
“Esses nós são mais intrincados do que aqueles dos sapatos, já que se trata de todo um material contínuo e não somente um cadarço o que é amarrado”.
“Nossa pesquisa estende o trabalho anterior para aplicações em cristais líquidos, a substância que vemos todos os dias em nossas TVs, smartphones e telas de computador”.
“Estamos interessados nisto porque a criação e o controle desses intrincados campos em nós é uma nova avenida que se abre para o projeto de novos metamateriais e dispositivos fotônicos”.
O estudo, publicado em PNAS, tem o título Knots and nonorientable surfaces in chiral nematics e é assinado por Thomas Machon e Gareth Alexander ambos do Departamento de Física e do Centro de Ciências da Complexidade na Universidade de Warwick.
A pesquisa foi financiada pelo Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC).
A pesquisa está disponível neste site:
http://www.pnas.org/content/early/2013/08/09/1308225110.abstract
“Baterias não incluídas”… NEM PRECISA!
Dispositivos sem fio se tornam também sem-baterias com uma nova técnica de comunicações
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Podemos estar um passo mais perto de uma realidade de internet-de-coisas.
Engenheiros da Universidade de Washington criaram um novo sistema de comunicação sem fio (“wireless”) que permite que os dispositivos interajam entre si sem precisar de baterias ou fios para energizá-los.
A nova técnica de comunicações, que os pesquisadores chamam de “retrodifusão ambiente”, aproveita as transmissões de TV e celulares que já nos envolvem o dia todo. Dois dispositivos se comunicam entre si por meio da reflexão dos sinais já existentes para trocar informações. Os pesquisadores construíram dispositivos pequenos e sem baterias que podem detectar, coletar e refletir um sinal de TV que é, por sua vez, captado por outros dispositivos similares.
A tecnologia pode permitir que uma rede de dispositivos e sensores se comuniquem sem que seja necessária uma fonte de energia ou mesmo de supervisão humana.
“Nós podemos reutilizar os sinais sem fio que já estão em torno de nós, tanto em uma fonte de energia, como em meio de comunicação”, declara o principal pesquisador Shyam Gollakota, um professor assistente de engenharia e ciências de computação da UW. “Esperamos que isso tenha aplicações em diversas áreas, inclusive computadores “vestíveis”, casas inteligentes e redes de sensores auto-sustentáveis”.
Os pesquisadores publicaram seus resultados na conferência do Grupo de Interesse Especial em Comunicação de Dados da Associação para Maquinário de Computação em Hong Kong que começa nesta data. Eles receberam o prêmio de melhor artigo da conferência por esta pesquisa.
“Nossos dispositivos formam uma rede a partir do nada”, comenta o co-autor Joshua Smith, um professor associado de engenharia e ciências de computação e de engenharia elétrica da UW. “Pode-se refletir esses sinais ligeiramente para criar um código Morse de comunicação entre dispositivos sem baterias”.
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Sensores inteligentes podem ser fabricados e posicionados de modo permanente dentro de quase qualquer estrutura, e então postos em comunicação entre si. Por exemplo, sensores colocados em uma ponte podem monitorar a saúde do concreto e do aço, e enviar um sinal de alarme se detectarem uma rachadura minúscula. A tecnologia pode também ser usada para as comunicações – por exemplo, mensagens de texto e emails – em dispositivos “vestíveis” (ou seja, incluídos na indumentária), sem necessitar de baterias como fonte de energia.
Os pesquisadores testaram a técnica de retrodifusão ambiente com protótipos do tamanho de um cartão de crédito, postados a alguns metros de distância. Em cada dispositivo, os pesquisadores fizeram antenas com placas de circuito comuns que fazem piscar um LED quando recebem um sinal de comunicação de outro dispositivo.
Grupos desses dispositivos foram testados em diversas disposições na área de Seattle, inclusive dentro de um prédio de apartamentos, em uma esquina de rua e no andar de cima de um estacionamento. Todas essas posições ficavam entre menos de 1 km até 13 km de distância de uma torre de emissão de TV.
Eles descobriram que os dispositivos eram capazes de se comunicar entre si, mesmo aqueles mais afastados da torre de TV. Os dispositivos receptores captaram um sinal de suas contrapartes transmissoras a uma taxa de 1 kilobit por segundo quando separados por uns 75 cm nos exteriores e 45 cm nos interiores. Isto é o bastante para enviar informações tais como leituras de um sensor, mensagens de texto e informações de contacto.
Também é concebível montar esta tecnologia em dispositivos que usam baterias, tais como smartphones. Ela pode ser configurada de modo tal que, quando a bateria zerar, o telefone ainda possa enviar mensagens de texto, retirando a energia de um sinal de TV no ambiente.
As possibilidades de aplicações são inúmeras, dizem os pesquisadores, e eles planejam continuar melhorando a capacidade e o alcance das redes de comunicações por retrodifusão.
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Os outros pesquisadores envolvidos são David Wetherall, professor de engenharia e ciências de computação da UW, Vincent Liu, estudante de doutorado de engenharia e ciências de computação e Aaron Parks e Vamsi Talla, ambos estudantes de doutorado em engenharia elétrica.
A pesquisa foi financiada pela Universidade de Washington através de um Prêmio de Pesquisas Google e pelo Centro de Pesquisas para Engenharia Sensorimotor Neural da Fundação Nacional de Ciências na UW.
Para mais informações, contactar Gollakota e Smith em abc@cs.washington.edu.
Website da retrodifusão ambiental: http://abc.cs.washington.edu/
Vídeo no YouTube: http://youtu.be/gX9cbxLSOkE
Artigo: http://abc.cs.washington.edu/files/comm153-liu.pdf
Videos e imagens disponíveis em; http://www.washington.edu/news/2013/08/13/wireless-devices-go-battery-free-with-new-communication-technique/
Lentes na escala nanométrica?… Bolhas!
Bolhas, as novas lentes para feixes de luz em nanoescala
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Entortar feixes de luz segundo seus caprichos pode parecer um trabalho para um feiticeiro ou para um complexo trambolho composto por espelhos, lentes e prismas, no entanto umas poucas pequenas bolhas de líquido podem ser tudo que preciso para abrir as portas para uma nova geração de circuitos e mostradores de alta velocidade, segundo os pesquisadores da Penn State.
Para combinar a velocidade da comunicação óptica com a portabilidade dos circuitos eletrônicos, os pesquisadores recorreram à nano-plasmônica – dispositivos que empregam ondas eletromagnéticas curtas para modular a luz na escala de nanômetros, onde a óptica convencional não funciona. No entanto, mirar e focalizar estes feixes de luz modulados para os alvos desejados é algo difícil.
“Existem diferentes dispositivos de estado sólido para controlar (feixes de luz), para ligá-los e desligá-los ou modulá-los, mas as suas manutenção e reconfiguração são muito limitadas”, diz Tony Jun Huang, professor associado de ciências de engenharia e mecânica. “Usar uma bolha apresenta um monte de vantagens”.
E a vantagem principal de uma lente de bolha é exatamente o quão rápido e facilmente os pesquisadores podem reconfigurar posição, tamanho e formato da bolha – todos coisas que afetam a direção e o foco de qualquer feixe de luz que passar através dela.
A equipe de Huang criou simulações separadas dos feixes de luz e das lentes de bolhas para predizer seus comportamentos e otimizar as condições, antes de combinar os dois no laboratório. Suas descobertas foram publicadas em Nature Communications.
Para formar lentes de bolha, os pesquisadores usaram um laser de baixa intensidade para aquecer água sobre uma superfície de ouro. O comportamento óptico da pequena bolha permanece constante, enquanto a potência do laser e a temperatura ambiente continuarem constantes.
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A simples movimentação do laser, ou o ajuste de sua potência, podem modificar a maneira como a bolha irá refratar um feixe de luz, tanto como um feixe de luz concentrado em um alvo específico, como uma onda dispersa. Mudar o líquido também afeta como um feixe de luz será refratado.
Os materiais para formar as lentes de bolha são baratos e as próprias bolhas são fáceis de dissolver, substituir e mover.
“Além de sua capacidade sem precedentes de reconfiguração e facilidade de manutenção, nossa lente de bolha tem ao menos mais uma vantagem sobre suas contra-partes de estado sólido: sua lisura natural”, acrescenta Huang. “Quanto mais lisa for uma lente, melhor será a qualidade da luz que passa através dela”.
Huang acredita que o próximo passo será descobrir como o formato da bolha influencia a direção do feixe de luz e a posição de seu ponto focal. A capacidade de ajuste fino desses feixes de luz permitirá melhoramentos em dispositivos biomédicos em chips e imageamento em resolução superior.
“Para todas essas aplicações, é realmente necessário controlar precisamente a luz em nano-escala e é aí que este trabalho pode ser um componente muito importante”, finaliza Huang.
Chenglong Zhao, doutor associado para ciências de engenharia e mecânica, da Penn State, projetou e conduziu a experiência; Yongmin Liu, professor assistente de engenharia mecânica e industrial, e de engenharia elétrica e de computação da Northeastern University, trabalharam em conjunto com Nicholas Fang, professor associado de engenharia mecânica do MIT, para analisar os resultados e desenvolver simulações; e Yanhui Zhao, estudante de pós-graduação em ciências de engenharia e mecânica da Penn State, fabricou os materiais.
O estudo foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde, a Fundação Nacional de Ciências e o Centro para Ciência em Nano-escala da Penn State.
Novas notícias sobre o CO2
Traduzido de
Seasonal carbon dioxide range expanding as more is added to Earth’s atmosphere
Cientistas descobrem que os ecossistemas terrestres do Hemisfério Norte estão “tomando fôlegos mais profundos”
8 de agosto de 2013
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O avião Gulfstream V da NSF/NCAR em Anchorage, Alaska, durante o estudo HIPPO. |
Os níveis de dióxido de carbono na atmosfera aumentam e caem a cada ano, na medida em que as plantas, através da fotossíntese e respiração, armazenam o gás durante a primavera e o verão, e liberam o mesmo durante o outono e o inverno.
Agora a amplitude deste ciclo está se expandindo, na medida em que mais dióxido de carbono é emitido pela queima de combustíveis fósseis e outras atividades humanas, segundo um estudo liderado pelos cientistas da Instituição de Oceanografia Scripps (Scripps Institution of Oceanography = SIO).
As descobertas vêm de uma sondagem a bordo de aeronaves, ao longo de vários anos, HIAPER Pole-to-Pole Observations, ou HIPPO [NT: HIAPER = High-Performance Instrumented Airborne Platform for Environmental Research – Plataforma Aerotransportada com Instrumentos de Alto Desempenho para Pesquisa Ambiental; um programa da NSF – “Pole-to-Pole” é mesmo “Polo-a-Polo”…]
Os resultados do estudo são relatados em um artigo publicado online na edição desta semana da Science.
A Fundação Nacional de Ciências (National Science Foundation = NSF), junto com o Departamento de Energia dos EUA, o Centro Nacional de Pesquisas Atmosféricas (National Center for Atmospheric Research = NCAR), a Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (National Oceanic and Atmospheric Administration =NOAA) e o Escritório Naval de Pesquisas financiaram o estudo.
“Esta pesquisa fornece indícios dramáticos da influência significativa que a biosfera terrestre pode ter sobre a amplitude das tendências sazonais da troca de dióxido de carbono”, declarou Sylvia Edgerton, diretora de programa na Divisão de Ciências Atmosféricas e Geoespaciais da NSF que financiou a pesquisa.
As observações do dióxido de carbono atmosférico, feitas por aeronaves em altitudes entre 3 e 6 km, mostram que as variações sazonais do dióxido de carbono mudaram substancialmente nos últimos 50 anos.
A amplitude aumentou aproximadamente em 50% nas regiões acima dos 45° N, em comparação com observações aéreas do final da década de 1950 e início da década de 1960.
Isto quer dizer que mais carbono está sendo acumulado nas florestas, outros tipos de vegetação e solos do Hemisfério Norte durante o verão e mais carbono está sendo liberado para a atmosfera no outono e inverno, diz a principal cientista do estudo, Heather Graven do SIO.
Segundo ela, ainda não se sabe por que o aumento na amplitude da concentração do dióxido de carbono é tão grande, mas isso certamente é um indício claro de amplas mudanças nos ecossistemas do Norte.
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HIPPO, ou HIAPER Pole-to-Pole Observations. Os cientistas estudam os níveis de dióxido de carbono em escala mundial. |
“As observações do dióxido de carbono atmosférico são importantes porque elas mostram o efeito combinado das mudanças ecológicas em grandes regiões”, observa Graven.
“Isto reforça os estudos feitos com base no solo que mostram que estão ocorrendo mudanças substanciais como resultado do aumento das concentrações de dióxido de carbono, aumento das temperaturas e modificações do manejo das terra, inclusive a expansão das florestas em algumas regiões e a migração na direção do Polo Norte de ecossistemas”.
Peter Milne, diretor de programa na Divisão de Ciências Atmosféricas e Geoespaciais da NSF acrescenta: “Nós podemos medir facilmente o efeito estufa de uma chaminé, mas é um pouco mais difícil quando se trata de um renque de árvores. Conhecer este efeito para todo o planeta, é muito mais desafiador”
“Tirando vantagem da capacidade de voar por longas distâncias e em altas altitudes do Gulfstream V da NSF [também conhecido como HIAPER], o projeto HIPPO foi feito para tirar uma imagem instantânea da troposfera global [a camada mais baixa da atmosfera da Terra] e ver se podemos explicar e modelar a distribuição dos gases de efeito estufa”.
Neste estudo, os cientistas compararam os recentes dados da aeronave, com dados obtidos por aeronaves entre 1958 e 1961 pelos voos de reconhecimento meteorológico da Força Aérea dos EUA.
Os dados antigos foram analisados pelo geoquímico do SIO, Charles David Keeling, pai de Ralph Keeling, também um cientista do SIO e membro da equipe de pesquisa.
Essas medições feitas por aeronaves foram realizadas na época em que Charles Keeling estava começando a fazer medições contínuas do dióxido de carbono no Mauna Loa, Hawaii.
Muito embora as medições no Mauna Loa seajm atualmente amplamente conhecidos como a “Curva de Keeling”, os dados antigos colhidos pelas aeronaves estavam quase que totalmente esquecidos.
As concentrações de dióxido de carbono na atmosfera variaram entre 170 e 280 partes por milhão (PPM) ao longo dos últimos 800.000 anos.
Quando Charles Keeling começou a coletar os dados no Mauna Loa em 1958, a concentração tinha subido para cerca de 315 PPM.
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Frascos para coleta de amostras de ar, usadads durante os voos HIPPO; o pesquisador Andy Watt cuida deles. |
Em maio de 2013, a medição diária do dióxido de carbono no Mauna Loa passou das 400 PPM pela primeira vez na história da humanidade.
As recentes observações a bordo do Gulfstream V foram feitas durante voos regulares, realizados durante a campanha HIPPO, de 2009 a 2011.
A aeronave repetidamente subiu e desceu desde poucas centenas de metros até cerca de 12 km (40.000 pés) nos céus entre o Polo Norte e a Antártica. A meta era construir uma figura única da composição química da atmosfera.
Outros dados recentes vêm de voos regulares realizados pela NOAA em uma rede de localidades.
O aumento da amplitude do dióxido de carbono, desde 1960, já tinha sido detectado em duas estações em terra: Mauna Loa e Barrow, Alaska.
Outras estações operadas pelo Scripps e pela NOAA só começaram a medir o dióxido de carbono entre as décadas de 1970 e 1990.
As observações a bordo de aeronaves mostram de modo único a grande área nas altas latitudes do Norte onde a amplitude do dióxido de carbono aumentou fortemente desde 1960.
As razões exatas para as variações sazonais mais amplas de dióxido de carbono ainda precisam ser encontradas, dizem os pesquisadores.
Embora a atividade das plantas possa aumentar com temperaturas mais quentes e concentrações maiores de dióxido de carbono, a mudança na amplitude do dióxido de carbono é maior do que se esperava com esses dois efeitos.
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O geocientista Ralph Keeling substitui frascos usados, cheios de amostras de ar, com novos frascos. |
A concentração de dióxido de carbono aumentou em 23% e a temperatura média ao norte dos 30°N aumentou 1ºC desde 1960.
Outros fatores podem incluir a quantidade de carbono nas folhas, caules e raízes; mudanças nas extensões ou na composição de espécies de ecossistemas; ou ainda mudanças no tempo da fotossíntese e da respiração das plantas.
Os cientistas descobriram que simular processos complexos em ecossistemas terrestres com modelos de computador é um desafio.
A mudança na amplitude do dióxido de carbono observada é maior que aquela simulada pelos modelos empregados pelo Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (Intergovernmental Panel on Climate Change = IPCC).
Embora esta subestimação não ponha em questão as respostas do clima às concentrações de dióxido de carbono nos modelos do IPCC – segundo os pesquisadores – ela sugere enfaticamente que uma melhor compreensão sobre o que vem acontecendo nos últimos 50 anos pode melhorar as projeções sobre futuras mudanças nos ecossistemas.
Ao fim e ao cabo, segundo Graven, Ralph Keeling e seus colegas, o fato é que o Hemisfério Norte parece estar se comportando de modo diferente do que fazia há 50 anos.
Além de Graven e Ralph Keeling, os co-autores do artigo da Science incluem Stephen Piper, Lisa Welp e Jonathan Bent do SIO; Prabir Patra Instituto de Pesquisas de Mudanças Globais de Yokohama, Japão; Britton Stephens do NCAR; Steven Wofsy, Bruce Daube e Gregory Santoni da Universidade Harvard; Colm Sweeney da NOAA e do Instituto Cooperativo para Pesquisas em Ciências Ambientais da Universidade do Colorado, Boulder; Pieter Tans da NOAA; John Kelley da Universidade do Alaska, Fairbanks e Eric Kort do Laboratório de Propulsão a Jato em Pasadena, Califórnia.
-NSF-
Contactos para a mídia:
Cheryl Dybas, NSF (703) 292-7734 cdybas@nsf.gov
Rob Monroe, SIO (858) 349-1723 rmonroe@ucsd.edu
David Hosansky, NCAR (303) 497-8611hosansky@ucar.edu
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As pequenas colisões dão energia às tempestades de poeira
Informações sobre direitos: http://bit.ly/c34Awz
Sophie Bushwick é uma escritora de ciências freelance da cidade de Nova York. Seus trabalhos já foram publicados em vários meios de comunicação impressos e online.
Seis imagens do mesmo quasar, ao mesmo tempo
University of Copenhagen – Niels Bohr Institute
O mesmo Quasar observado em 6 reflexos de luz distintos
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Quasares são buracos negros ativos – originários principalmente dos primórdios do universo. Empregando um método especial onde se pode a luz refratada pela gravidade ao longo de seu caminho através do universo, um grupo de estudantes de física do Instituto Niels Bohr observou um quasar cuja luz foi refratada e refletida em seis imagens diferentes. Esta é a primeira vez que se observa tantas imagens refratadas de um mesmo quasar. O resultado das observações está sendo publicado no Astrophysical Journal.
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Artigo no Astrophysical Journal: http://stacks.iop.org/0004-637X/773/146
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