Sonda enxerga padrões de nuvens de Vênus em ultravioleta

Crédito: ESA

Crédito: ESA

A forma e o movimento do topo da cobertura de nuvens de Vênus podem ser vistos graças a uma substância química ainda desconhecida que absorve radiação ultravioleta, criando zonas claras e escuras em imagens obtidas pela sonda Venus Express, da Agência Espacial Européia. A conclusão é de pesquisadores que compararam  os padrões em ultravioleta (em azul), com  imagens em infravermelho (em vermelho na figura), que fornecem a temperatura e a altura das nuvens. Os padrões de nuvens observados agora no hemisfério Sul são semelhantes aos descobertos décadas atrás no hemisfério Norte de Vênus pelas sondas Pioneer e Venera-15, o que sugere uma simetria entre os dois hemisférios. (Fontes: ESA e Nature)

Astrônomos reconstituem explosão estelar vista no século 16

O perfil de uma explosão de supernova vista por Tycho Brahe em 1572 foi reconstruído a partir de “ecos de luz” gravados em nuvens interestelares, relata uma equipe de astrônomos alemães e japoneses hoje na revista Nature.

Em 1572, o astrônomo dinamarquês Tycho Brahe notou que uma nova estrela surgiu no céu. De início mais brilhante que Vênus, a nova estrela foi mingüando até desaparecer. A observação marcou o fim da idéia da esfera celeste perfeita e imutável.

Apontando telescópios modernos de luz visível, infravermelho e raios X na direção do objeto observado por Brahe, os astrônomos hoje enxergam isto:

  Wide Field Image of Tycho's Supernova Remnant. Image is a color composite of Mid-Infrared by Spitzer Space Telescope (red), and X-ray (blue: high-energy X-ray, green: middle energy, yellow: low-energy) by Chandra X-Ray Observatory on  Near-Infrared by Calar Alto 3.5m Telescope.  The remnant is approximately 25 ly in diameter.

Imagem composta do que sobrou da supernova vista por Tycho Brahe. Em
vermelho, radiação infravermelha. Em azul, verde e amarelo, raios X de
várias intensidades. O remanescente tem 25 anos-luz de diâmetro e está a
7.500 anos-luz distante da Terra.

Já estava claro a partir dessas imagens que Brahe havia testemunhado a explosão que marca o fim de uma estrela–uma supernova. Mas qual tipo de supernova? Uma supernova dos tipos II, Ib ou Ic, gerada pelo colapso de uma estrela muito massiva e a subsequente explosão de suas camadas externas, ou uma supernova do tipo Ia, gerada pela explosão de uma anã branca, após sugar material demais de uma estrela gigante muito próxima?

Em 2004, outra equipe de pesquisadores encontrou uma estrela gigante que poderia ser a companheira da anã branca, cuja explosão teria sido vista na Terra em 1572. A descoberta sugeria que a supernova era do tipo Ia, mas não conclusivamente.

É como uma história de detetive. As evidências na cena do crime que Tycho Brahe testemunhou, 436 anos atrás, não eram suficientes para determinar o que realmente acontecera. A solução foi olhar mais além, em volta da cena, em busca de pistas adicionais. Foi assim que os pesquisadores descobriram os “ecos de luz”.

Observando as nuvens interestelates de poeira ao redor do remanescente da supernova, acharam a frente de uma onda de luz que havia emanado da explosão e sido refletida. Esse “eco de luz” chegou na Terra apenas agora. Fica mais fácil de entender na figura abaixo.

The view of the light echoes from Tycho's supernova. The optical light arrived at Earth in 1572 (sky blue arrow). Optical light was scattered by dust cloud around the supernova arrived in 2008 (yellow arrows). Since the emitting regions were apparently shifted from 23 August 2008 to September 24, the optical lights were confirmed as light echoes.

Parte da luz de uma explosão estelar que veio diretamente da supernova
chegou na Terra em 1572. Outra parte da luz foi parar em uma nuvem de
poeira interestelar onde foi refletida em direção a Terra. Comparando
observações feitas nos dias 23 de agosto, 9 e 24 de setembro deste ano,
astrônomos determinaram a natureza dessa onda de luz .
Crédito: adaptado de diagrama fornecido pela equipe do Telescópio Subaru

A equipe de astrônomos comparou imagens obtidas com o telescópio de Calar Alto, Espanha, nos dias 23 de agosto e 2 de setembro e com o telescópio Subaru, em Mauna Kea, Havaí, dia 24 de setembro. As imagens permitiram estimar o movimento da onda de luz e partir dai deduzir características da supernova que a originou. A partir da luz emitida ou absorvida por certos elementos químicos, puderam reconstituir o perfil da luz da supernova:

O espectro da supernova é a linha escura. As linhas coloridas são espectros médios que caracterizam alguns tipos de supernovas Ia. Note que o melhor ajuste é com o tipo de Ia no meio da figura, o tipo “normal”.

No artigo, os pesquisadores concluem que o próximo passo da pesquisa é comparar os ecos de luz em volta do remanescente para fazer uma reconstituição em 3D da explosão.

A mesma equipe de pesquisadores divulgou 30 de maio na revista Science os resultados dessa mesma técnica com outro remanescente de supernova da Via Láctea, a Cassiopéia A. Analisando os ecos de luz em imagens do telescópio infravermelho Spitzer, eles mostraram que a Cassipéia A foi uma supernova do tipo II.

Omega Centauri – o maior aglomerado globular da Via Láctea

Crédito: ESO

Omega Centauri visto a olho nu parece uma estrela meio estranha na constelação do Centauro, próxima ao Cruzeiro do Sul. Mesmo com um telescópio ordinário já dá para ver que não se trata de uma estrela; parece mais um agrupamento nebuloso de estrelas em forma esférica. Nessa imagem obtida com um telescópio com 2,2 metros de diâmetro em La Silla, Chile, vemos claramente que Omega Centauri não é nem nebulosa, nem estrela, mas sim uma dezena de milhões de estrelas juntas.

Distante 18 mil anos-luz da Terra, Omega Centauri é o maior e mais massivo dos aglomerados globulares da Via Láctea, com 100 anos-luz de diâmetro e uma massa 5 milhões de vezes a do Sol. A velocidade relativamente alta de suas estrelas sugere que há um buraco negro de 40 mil massas solares no centro do aglomerado (leia mais aqui e veja um “super zoom” em Omega Centauri, disponível para baixar no site europeu do telescópio Hubble).

Aglomerados globulares são grupos de estrelas que nasceram praticamente todas ao mesmo tempo, de uma mesma nuvem de gás. Estão entre os objetos celestes mais velhos, com idades da ordem de 10 bilhões de anos. Existem mais de 150 desses aglomerados girando em torno do centro da Via Láctea, em órbitas bem afastadas, na periferia da galáxia, situados fora do plano galáctico.

Astrônomos suspeitam, porém, que Omega Centauri seja um aglomerado globular apenas na aparência. Há evidências de pelo menos três gerações de estrelas no aglomerado, em vez de uma só. Omega Centauri pode ser o que restou do núcleo de uma galáxia anã, devorada pela Via Láctea. LINK

P.S. : Feliz Dia do Astrônomo!

Novas imagens de ciências da Terra, todos os dias!

Hoodoos are elevated, isolated rock formations that are common in arid regions of sedimentary rock. They form when a hard rock overlays softer, more easily-eroded material. As such, hoodoos are erosional landforms. Some are many meters high, the most famous of which can be found in Bryce Canyon National Park, Utah. When it rains, the cap rock protects the sediments immediately underlying it. Nearby sediments aren't afforded this protection and get washed away more quickly, leaving the column-and-cap hoodoo standing above the surrounding terrain. Crédito: David Linch
A foto do Imagem de Ciências da Terra do Dia de hoje. Uma pequena formação de rochas sedimentares chamada de “hoodoo”, com quatro centímetros de altura. Em cima, um pedregulho de quartizto, mais resistente à erosão que o material embaixo, feito de pedrinhas sortidas grudadas fracamente umas as outras por calcita e gipso. O pedregulho protege o material embaixo dele das torrentes de chuva que arrastam consigo o sedimento ao redor dele, formando o hoodoo. A foto foi tirada no Red Canyon de Mecca Hills, condado de Riverside, Califórnia, dia de 12 de setembro. Crédito: David Linch

Imagem de Ciências da Terra do Dia, que achado fenomenal! É uma versão de ciências da Terra do famoso Imagem Astronômica do Dia, que apresenta diariamente uma imagem espetacular relacionada a astronomia ou astronáutica, com explicações breves, mas bem feitas, e que tem até uma versão em língua portuguesa.

Procurei por “Brazil” no arquivo do Imagem de Ciências da Terra do Dia e apareceram várias imagens bonitas. Veja duas delas:

Piscina natural em recife de coral, formada na maré baixa, em Porto de Galinhas, Pernambuco. Repare no formato de “mapa do Brasil”. Repare também nas “cáusticas”, esses riscos luminosos que aparecem no fundo de qualquer piscina em um dia ensolarado. Crédito: Enver Murad.Porto de Galinhas (Harbor of Chickens in English) is a small town on the coast of Pernambuco, Brazil. The name stems from the period when slavery had been officially abolished in Brazil, yet was still practiced. When a slave transport docked in Porto de Galinhas, word was sent around that a "load of chickens" had arrived. Today Porto de Galinhas is an upcoming tourist resort that boasts marvelous beaches and coral reefs. The most famous sights are the "piscinas naturais," tidal pools in which fish and crustaceans get trapped during low tide. The pool shown above has the outline of Brazil, more or less, and hence is called "Mapa do Brasil." Note the faint caustic network in the foreground of the pool. The water surface acts to both focus and defocus light onto the bottom of the pool. When areas are in crude focus, they appear as bright blotches. This phenomenon is often observed in swimming pools and can be seen in relatively deep tidal pools (greater than about 1 m or a little over 3 ft).

Bolas de lama formadas pela ação das ondas de uma  tempestade no mar, na Praia do Cassino, Rio Grande do Sul. Sedimento vindo da Lagoa dos Patos foi transportado ao longo da costa e depositado na praia como uma lama da consitência de iogurte. Crédito: Martin Ruzek

  Wave action working an offshore mud bank created this field of mud balls on Cassino Beach in Rio Grande, Brazil, following an intense South Atlantic storm in April, 1999. Some are as large as softballs. Sediment from Lagoa dos Patos in southern Brazil has been transported along shore and deposited as a mud suspension, the consistency of yogurt, in the Cassino Beach area. The mud has forced beach goers farther to the south, but provides the raw material for these unique concretions.

Neurocientistas colocam mente de pessoa no corpo de outra

Cientista louco faz troca de cérebros em episódio da série Chapolin Colorado
Ainda não é uma troca de cérebros ao estilo Chapolin, mas já é um avanço. Neurocientistas do Instituto Karolinska, Suécia, conseguiram iludir os sentidos de dezenas de voluntários, fazendo com que tivessem a sensação de trocar de corpo com um manequim ou uma outra pessoa. A pesquisa foi apresentada em um congresso cientifico mês passado e será publicada amanhã no periódico PLoS ONE (artigo disponível aqui, a partir de amanhã).

Os pesquisadores concluem no artigo que é possível criar na mente de uma pessoa a sensação de possuir um corpo que não é o dela, por meio de uma combinação de estímulos visuais e táteis que simulam uma perspectiva em primeira pessoa. Essa conclusão desafia o senso comum de que percebemos o corpo inteiro somente pelos sinais nervosos que o cérebro recebe diretamente de nossos músculos, juntas e pele.

Parece óbvio sentir nosso próprio corpo como sendo nosso, mas pessoas com danos em certas regiões do cérebro, por exemplo, não percebem seus braços ou mãos como parte de seu corpo, ou têm a sensação de estarem fora do corpo.

Em 1998, pesquisadores norte-americanos fizeram uma experiência semelhante, com uma mão de borracha (veja o artigo publicado na Nature, aqui). Um voluntário observava a mão de borracha sendo tocada, enquanto sua própria mão, escondida de seu campo de visão, era tocada do mesmo jeito. Durante a experiência, o voluntário às vezes tinha a sensação de que podia sentir a mão de borracha. Essa e outras experiências sugeriram que a sensação de que partes do nosso corpo são mesmo parte dele é construída pela interação entre os sinais que chegam ao cérebro vindos dos olhos e daquela parte do corpo.

Agora, o trabalho sueco é o primeiro desse tipo a testar a sensação não de partes, mas de um corpo inteiro.

Em uma das experiências, sentida na pele por um repórter da Associated Press (vejam aqui, traduzido e com fotos), duas câmeras de vídeo são conectadas nos olhos de um manequim, apontadas para baixo. A imagem dessas câmeras é vista pelo cobaia voluntário em telas em seus óculos, fazendo com que enxerge pelos olhos do manequim, de modo que, quando ele olha para baixo, em vez de ver seu corpo, vê o do manequim . A ilusão de troca de corpos acontece quando quando o cientista toca a barriga de ambos ao mesmo tempo.

Cédito: doi:10.1371/journal.pone.0003832.g006Cédito: Petkova VI, Ehrsson HH (2008) If I Were You: Perceptual Illusion of Body Swapping. PLoS ONE 3(12): e3832. doi:10.1371/journal.pone.0003832

Em outra experiência (foto acima), a câmera foi montada na cabeça de outra pessoa. Quando essa pessoa e o voluntário se voltavam um para o outro para apertar as mãos, o voluntário se sentia no corpo do portador da câmera. Durante o apérto de mão, o voluntário sentia a mão da outra pessoa em ve z de sua própria!

Para ter uma noção da intensidade da ilusão, os voluntários sentiam medo quando uma faca era enconstada no braço do portador da câmera , mas não quando era encostada em seu prórpio corpo!

A ilusão funcionou mesmo quando as duas pessoas tinham aparência ou sexo difrente, ou quando eram manequins, mas nunca com objetos sem forma humana, como uma cadeira ou uma caixa.

Os pesquisadores sugerem no artigo que suas conclusões podem ajudar a aperfeiçoar o controle de robôs por realidade virtual. Já a reportagem sobre o assunto no New York Times de hoje enfatiza a aplicação em psicoterapia. Membros de um casal em crise, por exemplo, poderiam trocar de corpo para se entender melhor…

(P.S. : Obrigado, Jennifer!)

Massa de próton e nêutron surge do “nada”, confirmam cálculos

Nessa representação artística, trios de quarks formam o que podem ser prótons ou nêutrons. Cálculos com supercomputadores (parte de baixo da figura) verificaram que mais de 95% da massa de prótons e neutrons não vem da massa dos quarks, mas sim da energia de ligação entre eles. Prótons e nêutrons formam quase toda a massa visível do universo. Crédito: Forschungszentrum Jülich/Seitenplan

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Após meses de cálculos em uma rede de supercomputadores capaz de mais de 200 trilhões de operações por segundo, um time de 12 pesquisadores europeus conseguiu pela primeira vez deduzir a partir da teoria do Modelo Padrão a massa das partículas que constituem o núcleo dos átomos.

Os resultados da orgia numérica foram publicados na edição de 21 de novembro, da revista Science.

“O quê? Só agora fizeram isso? E pra quê tanta conta assim?”, pode perguntar alguém que já ouviu falar que, de acordo com o Modelo Padrão–atualmente a melhor e mais completa teoria das partículas elementares, desenvolvida com base em um século de alternativas frustradas e verificações experimentais–os constituintes dos núcleos atômicos, prótons e nêutrons, são constituídos por sua vez de outras partículas, os quarks.

O próton é feito de três quarks: dois quarks do tipo up e um do tipo down. Já o nêutron é feito de dois quarks down e um up. É natural pensar que basta somar a massa dos quarks constituintes para saber a massa do próton e do nêutron. Não é tão simples assim, porém.

Em primeiro lugar, não existe na teoria do Modelo Padrão uma maneira de calcular o valor absoluto da massa dos quarks. As massas dos seis tipos conhecidos (up, down, strange, charm, top e bottom) precisam ser medidas em experiências, para ajustar a teoria à realidade. Acontece que quarks não existem isolados, mas sempre andam ligados em pares, chamados de mésons, ou em trios, chamados de bárions. Mésons e bárions são chamados coletivamente de hádrons (daí o nome do famoso LHC, Grande Colisor de Hádrons, em inglês).

As massas dos quarks, então, são deduzidas comparando entre si as massas dos vários hádrons que surgem durante as colisões nos aceleradores (todos os hádrons, exceto o próton e o nêutron, se desintegram em frações de segundo).

As últimas medidas das massas e de outras propriedades das partículas elementares são publicadas todo ano em uma espécie de “almanaque” em forma de livrinho, que alguns físicos costumam carregar no bolso da camisa. É o famoso Particle Physics Booklet, do Particle Data Group.

Consultando a edição 2008 do livrinho, lemos na página 21 que a massa do quark up deve estar entre 1,5 e 3,3 MeV/c2 e que a massa do down está entre 3,5 e 6,0 MeV/c2. Essa unidade esquisita de massa vem da célebre equação E = mc2, da onde se deduz que a massa de uma partícula é sua energia (medida em MeVs) dividida pelo quadrado da velocidade da luz no vácuo.

Agora, se somarmos as massas dos quarks constituintes do próton e do nêutron, o resultado é no máximo uns 15 MeV/c2. Na página 124 do livrinho, está a massa medida do próton: 938 MeV/c2. Na página 126, a massa do nêutron: 939 MeV/c2… Portanto, a massa dos quarks não chega a um pouquinho mais que 1% da massa total próton ou do nêutron!

A solução para esse mistério está justamente na equação E=mc2. A maioria da massa do próton e do nêutron vem da energia do movimento de seus quarks e da força de ligação entre eles. Foi para calcular essa energia que demorou tanto uma dedução acurada das massas a partir da teoria.

A força que segura os quarks em trios ou em pares é transmitida por partículas chamadas de glúons, que constantemente aparecem e desaparecem no vácuo e são absorvidas e emitidas pelos quarks, conforme as regras da parte do Modelo Padrão conhecida como Cromodinâmica Quântica (QCD, em inglês). Pelas regras da QCD, além dos glúons, aparecem e desparecem do vácuo a toda hora pares de quarks e anti-quarks, que, apesar de efêmeros, também contribuem para a energia total do hádron. Veja a figura abaixo, tirada daqui.

Representação artística de um par “efêmero” de quark/anti-quark strange surgindo dentro de um próton. Note os quarks permanentes do próton: up, up e down. As massas azul-verde-amarelo-vermelha em volta dos quarks representam a energia do campo de glúons. Essa imagem é verificada em laboratório, observando colisões de elétrons com o próton, representadas pela linha branca na figura. Crédito: Derek B. Leinweber 

Crédito: <a href= "http://www.physics.adelaide.edu.au/theory/staff/leinweber/VisualQCD/Nobel/">Derek B. Leinweber</a>   

Calcular quantidades à partir das equações da QCD é praticamente impossível na ponta do lápis. A QCD funciona ao contrário da força eletromagnética entre átomos e moléculas interagindo em gases e líquidos, onde a maioria da energia vem da interação direta entre pares de partículas, uma parcela menor da energia vem de trios de partículas, uma parte menor ainda vem de grupos de quatro e assim por diante, o que permite aproximações que facilitam os cáculos. No caso da QCD, a intensidade da interação aumenta com a distância e todas as possiblidades de interação precisam ser levadas em conta nos cálculos. Esse “acoplamento forte” entre os quarks é o motivo pelo qual não existem quarks isolados e pelo qual é preciso o auxílio de computadores para os cálculos em QCD.

Faz uns vinte anos que os físicos usam uma técnica computacional chamada de lattice gauge theory, que aproxima o contínuo do espaço e do tempo por uma rede cubíca. Esses modelos só levavam em conta os glúons, deixando de lado os pares de quarks/antiquarks. Os valores para as massas dos hádrons calculados assim eram em média 10% diferentes dos valores reais.

Em 2003, uma colaboração internacional conseguiu calcular a massa de alguns mésons incluíndo o efeito dos pares quark/anti-quark, mas a técnica não era apropriada para calcular a massa de bárions leves, como o próton e o nêutron.

O que os pesquisadores fizeram agora foi encontrar pela primeira vez uma aproximação do tipo lattice gauge theory, capaz de incluir todos os ingredientes da QCD, de permitir a realização de cálculos sem sobrecarregar os supercomputadores e que além disso permite a análise das possíveis fontes de erros e incertezas nos resultados.

As aproximações deles não distingüem os quarks up e down e inclui os efeitos de pares de quark/anti-quarks do tipo strange (os demais quarks são muito mais pesados e não influem significativamente). Os valores medidos das massas dos bárions Ω (sss) e Ξ (uss ou dss) foram usados para “calibrar” a teoria, que não deriva valores absolutos de massa, apenas razões entre elas.

A massa obtida para um bárion feito de quarks u e d é em torno de 936 MeV/c2, o que não está longe da massa real do próton e do nêutron.

Os pesquisadores usaram o mesmo método para calcular a massa de mais sete bárions e quatro mésons, feitos de quarks u, d e s.

Os pesquisadores querem agora calcular outras propriedades dos hádrons além da massa. O objetivo a longo prazo é comparar com os experimentos todas as previsões da teoria da cromodinâmica quântica e descobrir o que ainda há de desconhecido no interior dos núcleos…

É curioso como podemos pelo Modelo Padrão determinar a massa de prótons e nêutrons ainda que a massa exata dos quarks up e down seja desconhecida, principalmente pelo fato de um quark isolado não existir no universo atual.

Mas nem sempre foi assim. Pouco após o Big Bang, o universo era um gás quente de quarks e glúons livres. O universo expandiu, esfriando e rapidamente os quarks e glúons ficaram confinados, formando os primeiros hádrons, que guardaram dentro si parte da energia do Big Bang. Chega a ser poética a idéia de que parte da energia do Big Bang é a origem do peso de nossos corpos…

Fontes consultadas:

Nature News

New Scientist

Phyisics World

Science

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