Balões na Antártida detectam possível sinal de matéria escura
- Balão carregando instrumentos do experimento ATIC sobe nos céus da Antártida subindo a uma velocidade de 300 metros por minuto.
Crédito: T. Gregory Guzik
Um estranho sinal de elétrons de alta energia, registrado por detectores de partículas em balões sobrevoando a Antártida, está fazendo a alegria de físicos e astrofísicos. As duas explicações mais prováveis para o sinal são fantásticas.
Esses elétrons podem ter sido acelerados pelo poderoso campo magnético gerado por uma estrela de neutrons ou um buraco negro, a não mais que 4 mil anos-luz de distância da Terra. Não se conhece nenhum objeto assim tão perto de nós, mas é possível que ainda não o tenhamos observado.
A outra explicação, mais incrível ainda, é a de que os elétrons tenham sido criados durante a aniquilação de partículas de matéria escura.
A existência da matéria escura é a idéia mais aceita para entender uma série de observações astronômicas: o movimento de rotação das galáxias, a velocidade delas em seus aglomerados, a distorção da luz provocada por esses aglomerados (lentes gravitacionais) e as variações na temperatura da radiação cósmica de fundo. Todas essas observações sugerem que, para cada pedaço de matéria “normal”, do tipo de que somos feitos, existe aproximadamente 6 vezes mais matéria de um tipo desconhecido, que não interage com a luz, mas cuja presença no universo percebemos pela sua força gravitacional. Nesse cenário, 85% da matéria no universo deve ser matéria escura.
A descoberta dos misteriosos elétrons, publicada semana passada pela revista Nature, vem da análise dos dados tomados entre 2000 e 2003 pelo experimento ATIC.
Para estudar elétrons e núcleos de átomos de alta energia vindos do espaço, uma equipe internacional de pesquisadores vêm lançando detectores de partículas presos a balões na Antártida, chamados de ATIC (sigla em inglês para “calorímetro de ionização fina avançado”). Os detectores são lançados na Antártida para aproveitar os ventos da alta atmofera que circulam em torno do Pólo Sul–ali não há perigo do balão sair voando mundo afora e cair sabe-se lá onde. O ATIC fica por até 15 dias, a 35 km de altura, acima de 99,5% da atmosfera terrestre, praticamente no espaço, detectando raios cósmicos.
Os detectores do ATIC registraram um excesso de elétrons com energias em torno de 620 gigaeletron-volts (GeV). (Só para comparar, um próton em repouso tem 1 GeV de energia.) Chamou a atenção dos pesquisadores do ATIC o fato de 620 GeV ser mais ou menos a energia esperada para uma das candidatas a partículas de matéria escura.
Observações indicam que a matéria escura é feita de partículas além das conhecidas, que formam o Modelo Padrão das partículas elementares. Os físicos teóricos imaginam várias partículas candidatas a matéria escura e elas são genericamente conhecidas como WIMPs (sigla em inglês para partículas massivas fracamente interagentes).
Os WIMPs que correspondem ao pico de energia observado pelo ATIC são as partículas de Kaluza-Klein, K-K, para os íntimos. Essas tais K-K seriam capazes de viajar por dimensões espaciais extras de tamanho finito e microscópico. A qualquer momento uma partícula K-K pode se transformar em várias partículas mais leves e estáveis, como por exemplo, pares de elétrons e anti-elétrons (pósitrons). Os pesquisadores do ATIC investigaram se a origem dos elétrons podia ser a colisão de partículas K-K e descobriram que sim, mas apenas se o sistema solar estiver passando por uma nuvem de matéria escura com densidade anormalmente alta, o que não é impossível.
Outra evidência tentadora a favor da hipótese da matéria escura são os resultados de outro experimento, o PAMELA (“equipamento para exploração de matéria e antimatéria e astrofísica de núcleos leves”), um satélite que detectou um excesso de anti-elétrons em uma energia próxima à dos elétrons detectados pelo ATIC. (Veja os artigos científicos submetidos respectivamente a Nature e a Physical Review Letters.) É possível que os WIMPs. estejam colindindo entre si por ai e o PAMELA tenha detectado os anti-eletrons resultantes da colisão, enquanto o ATIC tenha detectado os elétrons!
Mais dados são necessários para traçar o perfil desses excessos de elétrons e anti-elétrons com maior precisão, antes de eliminar as hipóteses mais convencionais e dizer que descobrimos as partículas da matéria escura.
Tanto o ATIC, quanto o PAMELA ainda tem mais dados a serem analisados. O telescópio espacial Fermi de raios gama pode também confirmar os resultados de ambos experimentos, detectando os raios gama vindos da aniquilação de WIMPs.
Enquanto isso, o LHC pode acabar produzindo partículas de matéria escura, quando finalmente começar a funcionar. Pode ser também que detectores construídos dentro de minas subterrâneas para detectar raríssimas colisões de WIMPs com núcleos atômicos consigam, como os da mina Boulby em Yorkshire, reino Unido, tenham sucesso.
Galáxia espiral NGC 7331
Essa linda imagem da galáxia NGC 7331 foi tirada com uma câmera acoplada ao telescópio de 3,5m de diâmetro do observatório de Calar Alto, na Espanha. Para saber mais e ver uma imagem com resolução muito maior, visite a página da Imagem Astronômica do Dia, que traduz para o português as explicações das imagens selecionadas pelo Astronomy Picture of the Day (parabéns pela inicativa!).
Para realçar os detalhes da galáxia, a imagem obtida depois de mais duas horas de exposição foi processada usando uma técnica matemática conhecida como ondaletas, que permite separar estruturas de diferentes tamanhos na imagem. Para mais detalhes visite a página do observatório de Calar Alto.
Phoenix vê redemoinhos de vento em Marte
A sonda Phoenix flagrou este redemoinho de vento, dia 9 de setembro. A animação é composta de três fotos tiradas a cada 50 segundos. Crédito: NASA/JPL-Caltech/University of Arizona/Texas A&M University
Lembram dos redemoinhos em Marte de que falei em um post anteiror? A sonda Phoenix da Nasa não só fotografou vários redemoinhos desses passando perto dela (veja detalhes em reportagem da New Scientist e no site da missão Phoenix), como pode ter sido atingida no dia 12 de outubro por um deles, como indica a análise de imagens de uma espécie de “cauda” da sonda pendurada balançando ao vento. A cauda não é uma peça solta por acidente, mas sim um dispositivo desenvolvido por um grupo de pesquisadores dinamarqueses, canadenses e americanos, que faz parte da estação meteorológica da Phoenix, desenvolvida pela agência espacial do Canadá.
Buracos Negros, do PP ao XG
A capa da Science News desta semana é uma longa reportagem de Charles Petit sobre o trabalho da astrofísica Priyamvada Natarajan, da Universidade de Yale, que propõe um limite para a massa dos buracos negros do Universo. Se a análise controversa de Natarajan estiver correta, os buracos negros não conseguem comer matéria suficiente para engordar mais do que algumas dezenas de bilhões de massas solares.
Petit reporta que atualmente os astrofísicos consideram os buracos negros essenciais para entender a evolução das galáxias:
(…)Um novo paradigma em construção é que os buracos negros–em uma dança de auto-regulação mútua–podem influenciar quase tudo sobre a origem, forma e o destino final das galáxias. Por razões ainda não completamente compreendidas, parece que os tamanhos dos buracos negros centrais e as massas das suas galáxias, especialmente os bojos centrais, estão quase perfeitamente em compasso.
Assim como as peças de roupa, parecem existir apenas alguns tamanhos de buracos negros:
- Buracos negros de massa estelar–entre 5 e 10 massa solares, formados do colapso de estrelas massivas. Tamanho aproximado de 30 km.
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Buracos negros de massa intermediária–entre 100 e um milhão de massas solares, se formam supostamente da colisão e fusão de estrelas em aglomerados estelares densos. Tamanho aprox. de 60.000 km.
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Buracos negros supermassivos–entre um milhão e alguns bilhões de massas solares, formados no centro das galáxias pela acresção de gás e pela colisão com buracos negros no centro de outras galáxias que colidem com sua galáxia hospedeira. Tamanho aprox. de 25 milhões de km.
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Buracos negros ultramassivos–no máximo algumas dezenas de bilhões de massas solares, se formam da mesma maneira que os buracos negros supermassivos. Tamanho de aprox. de 60 bilhões de km.
Quando os buracos negros gigantes sugam o gás da galáxia, esse gás se aquece durante o processo. A teoria de Natajaran é que o gás de uma galáxia abrigando um buraco negro ultramassivo em seu centro pode ficar tão quente a ponto da sua agitação térmica impedir que ele caia dentro do buraco. A própria glutonaria do buraco impõe o fim de sua dieta.
Misteriosa “correnteza escura” arrasta galáxias
Mapa da radiação cósmica de fundo. As cores representam diferenças de temperatura ao redor de 2,7 graus Kelvin. Os pontinhos brancos são as posições no céu de 700 aglomerados de galáxias emissores de raios X. A região cor-de-rosa é para onde a “correnteza escura” está arrastando os aglomerados. Crédito: NASA/WMAP/A. Kashlinsky et al.
Astrônomos descobriram uma tendência sutil, quase imperceptível, no movimento de galáxias distantes. O fenômeno foi batizado de “correnteza escura”, para combinar com o nome dos outros dois mistérios que mais tiram o sono dos cosmólogos: a matéria escura e a energia escura.
A matéria escura é um material hipotético, invisível, mas cuja massa influencia o movimento das galáxias e a expansão do universo. Ninguém sabe de que partículas ela é feita.
A energia escura é ainda mais misteriosa. Postulada para explicar a aceleração da expansão do espaço cósmico, a energia escura não é feita de partículas, e sua natureza ainda é uma incógnita.
Já a correnteza escura é um pequeno movimento que centenas de galáxias estão fazendo em direção a um trecho no céu, entre as constelações do Centauro e de Vela.
De acordo com um dos autores da descoberta, Alexander Kashlinsky, da Nasa, não há nada no universo observável que arraste galáxias dessa maneira. “A distribuição de matéria do universo não explica esse movimento”, diz Kashlinsky. CONTINUE LENDO
Miscelânea Marciana
Cratera Galle, em Marte. Crédito: ESA
Deixa eu compartilhar com vocês alguns links aleatórios de imagens da superfície de Marte que venho colecionando, como a imagem acima, da região do “rosto feliz”, na cratera Galle, divulgada em 2006 pela sonda Mars Express, da Agência Espacial Européia (ESA).
A ESA divulgou em julho deste ano imagens da região de Echus Chasma, um canion com quilômetros de extensão, largura e altura (aqui ,via Wired Science Blog).
Também no site da Wired, achei um artigo interessante de 2002, escrito por Oliver Morton, atual editor-chefe de jornalismo da Nature, sobre os lugares de Marte que os especialistas na superfície do planeta gostariam de visitar.
Fuçando no site da Mars Express e no site do instrumento HiRiSe, da sonda Mars Reconnaissance Orbiter, da Nasa, dá para viajar pelos cânions, crateras e dunas de Marte
As dunas de Marte, em especial, são muito interessantes. Veja que estranha esta foto tirada em setembro de 2007 que achei por acaso no começo do ano nos arquivos do HiRiSe:
Crédito: NASA/JPL/University of Arizona
O físico Eric Parteli, da Universidade Federal do Ceará, me explicou por email que essas “cobrinhas” que aparecem em cima das dunas são feitas de partículas escuras e pequenas sobre a areia. Os padrões desses riscos escuros muda ao longo de horas e dias, a medida que o vento carrega as partículas, enquanto a areia das dunas, mais pesada, permanece imóvel.
Uma sonda anterior, a Mars Global Surveyor, pegou no ato um redemoinho de vento formando um desses riscos, na imagem abaixo, de 1999. Repare na trilha de desenhos espiralados:
Foto da região de Promethei Terra, em Marte. “Dust devil” é o redemoinho de vento. “Shadow” é a sombra do redominho. “Dark Streak” é o risco escuro. Crédito: NASA/JPL/Malin Space Science Systems
Ah, já ia me esquecendo do Google Mars, outra boa fonte de viagens imaginárias.
Caçadores de meteoritos na Antártica
Essa foi a foto do Astronomy Picture of the Day de hoje. A tradução do texto do site:
Onde é o melhor lugar da Terra para encontrar meteoritos? Embora meteoris caiam em todo o mundo, eles simplismente afundam em geral no leito do oceano, são enterrados por terrenos deslocados ou são confundidos facilmente com rochas terrestres. Na “parte de baixo” da Terra, porém, na Antártica Leste, camadas enormes de gelo azul permanecem puras e desertas. Ao atravessar uma camada dessas, uma rocha negra fica presa. Essas rochas tem uma grande probabilidade de serem verdadeiros meteoritos – provavelmente pedaços de outro mundo. Uma explosão ou impacto pode ter catapultado esses meteoritos da Lua, Marte, ou até de um asteróide, fornecendo informação valiosa a respeito desses mundos distantes e do Sistema Solar primitivo. Pequenas equipes de exploradores da neve até agora acharam milhares dessas rochas. Na foto acima, caminhantes do gelo vasculham um campo de 25 quilômetros em frente ao Maciço Otway na Cadeia Montanhosa Transantértica, durante o verão antártico de 1995-1996.
Ainda vou arrumar uma desculpa jornalística razoável para o SECIRM me levar para a Antártida!
Asteróide Steins parece um diamante no espaço
Fotos do asteróide Steins tiradas por um dos instrumentos da sonda Rosetta. O Steins tem 5 km de comprimento. O brilho do asteróide é excepcional, bem como a sua composição mineral, que a Rosetta deve analisar com mais detalhes na próximas semanas. As várias crateras em sua superfície indicam que é muito velho. Acredita-se que seja um pedaço do material que formou a Terra, há 5 bilhões de anos. Crédito: ESA
Veja nesta animação a partir de fotos reais se não parece mesmo. A Agência Espacial Européia divulgou nesta manhã as primeiras imagens do asteróide Steins, distante 360 milhões de quilômetros da Terra, obtidas pela sonda espacial Rosetta. A sonda passou a apenas 800 km de distância do Steins ontem, as 16h58 (horário de Brasília), de acordo com o sensacional blog da missão, que relatou todas as etapas da aproximação. Veja as seguintes páginas do site da ESA para saber mais sobre o Steins e sobre asteróides.
Simulação revela origem de primeiras estrelas após Big Bang
Esta é uma versão extendida de uma reportagem minha publicada originalmente na Folha de S. Paulo do dia 1 de agosto.
Impressão artística de nuvens de hidrogênio e hélio agitadas e iluminadas pelas primeiras estrelas do universo. Embaixo, no centro, uma supernova explode, expelindo elementos químicos que farão parte de uma nova geração de estelas. Crédito: David A. Aguilar (CfA)
Um capítulo obscuro da história do universo foi reconstituido em uma simulação por computador divulgada na edição de 1 de agosto, da revista “Science”.
Os cosmólogos conhecem relativamente bem o “capítulo 1”, que aconteceu entre o nascimento do universo em uma grande explosão–o Big Bang, há 13 bilhões de anos—e a época em que surgiram os primeiros átomos, 300 mil anos após o Big Bang.
Não é o caso do capítulo seguinte, chamado às vezes de “idade das trevas cósmica”. Entre 300 mil e 300 milhões de anos após o Big Bang, o universo era uma chatice: nada de estrelas e galáxias. Havia só um monte de gás—hidrogênio, hélio e traços de lítio—, além da misteriosa matéria escura, que não emite ou absorve luz.
Então, ninguém sabe exatamente como, surgiram as primeiras estrelas.
