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Astronomia, Ciência e Tecnologia, futuro

Nova Proposta de “Raio Atrator” Usa Pressão Negativa de Radiação

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Projeto em camadas dividiria dois aspectos-chave de onda luminosa, permitindo à energia eletromagnética atrair objetos

por Evelyn Lamb

Os raios atratores, onipresentes na ficção científica, podem estar próximos se tornar fato científico. Em um artigo publicado neste ano, físicos propuseram uma estrutura que pode permitir à luz atrair objetos.
Normalmente a luz, ainda que fracamente, empurra os objetos. No campo da manipulação óptica, pinças ópticas empregam essa força para mover estruturas microscópicas: de átomos a bactérias. A capacidade de puxar aumentaria a precisão e a utilidade da manipulação ótica. Em voos espaciais, engenheiros propuseram velas para capturar a força exercida pela luz.
Em vez de rebocar naves espaciais, o raio atrator proposto recentemente pode ser mais útil para a biologia ou medicina. “Se você quiser puxar algo em sua direção, é só reduzir a pressão”, explica Mordechai Segev, físico do Technion – Instituto de Tecnologia de Israel, que descreve a ideia de sua equipe em um artigo de abril na Optics Express. “Cria-se um pouco de vácuo”, adiciona ele. O problema é que em aplicações médicas delicadas, como cirurgias de pulmão, é importante não mudar a pressão e nem introduzir gases novos. “Nesse caso a luz seria um dispositivo de sucção”, observa o pesquisador, “então a pressão não se alteraria de forma nenhuma, apenas a luz”.
As ideias anteriores para um “raio atrator” geralmente se concentravam em criar novos campos gravitacionais para arrastar objetos e aquecer o ar para criar diferenças de pressão ou induzir cargas elétricas e magnéticas em objetos, para que eles se movessem na direção de um raio laser.
A proposta mais recente faz proveito de um fenômeno chamado pressão negativa de radiação. O físico russo Victor Veselago teorizou sobre a existência desse fenômeno em seu artigo de 1967, sobre materiais com uma propriedade incomum chamada de índice de refração negativo. Um índice de refração é um número que descreve a forma com que a luz é curvada quando passa por uma lente de vidro ou outro meio – quando o artigo foi publicado ninguém sabia se esse número poderia ser negativo em algum material. Nas últimas décadas, porém, várias equipes de pesquisadores provaram que a refração negativa pode ocorrer em substâncias especificamente produzidas, chamadas de metamateriais, o que levou a capas de invisibilidade limitada e a “super” lentes livres de distorção.
O mecanismo de pressão negativa de radiação depende de dois aspectos das ondas de luz: suas velocidades de fase e de grupo. Uma onda de luz consiste em grupos de ondas menores; a velocidade de grupo é a velocidade e direção do grupo de ondas em geral. A velocidade de fase, por sua vez, refere-se à velocidade e direção de um ponto em uma das ondas constituintes. A energia eletromagnética da onda de luz acompanha a direção da velocidade de grupo, enquanto o efeito da onda sobre uma partícula vai em direção à velocidade de fase. Se essas duas velocidades apontam em direções diferentes, a pressão negativa de radiação pode surgir.

O uso de metamateriais para mover partículas por meio da pressão negativa de radiação foi limitado porque muitos desses materiais são sólidos, e introduzir um intervalo para partículas eliminaria a pressão negativa de radiação. Além disso, todos os metamateriais atuais contêm metais, que absorvem energia eletromagnética, o que torna o efeito atrativo sobre partículas desprezível.
Em vez de usar metamateriais, a equipe do Technion propõe um guia de ondas feito de materiais com uma propriedade chamada de birrefringência para criar os efeitos ópticos necessários. A birrefringência, que ocorre naturalmente em cristais como quartzo e calcita, descreve materiais que têm índices de refração múltiplos dependendo da direção em que a luz entre neles. Se colocarmos um cristal de calcita sobre um jornal, a imagem ficará dobrada.
O projeto de Segev e seu grupo usa camadas de materiais com diferentes tipos de birrefringência, além de espelhos especialmente projetados, para fazer um modelo prático de como a pressão negativa de radiação pode ser alcançada. Nesse guia de ondas as velocidades de grupo e de fase não se moveriam em direções opostas. Além disso, ele inclui um grande intervalo entre as camadas. Esse intervalo, que não interfere com as propriedades ópticas do material, permite a introdução de partículas para serem puxadas para o guia de ondas. “É como um sanduíche”, compara Segev.
O projeto proposto pode usar uma variedade de materiais birrefringentes, que são disponíveis e não contêm metais, e por isso não roubam muita energia da luz. Além disso, apesar de os materiais birrefringentes que seriam usados terem apenas micrômetros de espessura, o intervalo teria milímetros de largura, permitindo que partículas relativamente grandes fossem manipuladas pela luz.
Viktor Podolskiy, um físico da University of Massachusetts Lowell, que não fez parte da pesquisa, explica que tanto a abordagem dos metamateriais quanto a da birrefringência resolvem problemas diferentes na criação de pressão negativa de radiação e têm vantagens e desvantagens diferentes. “Os metamateriais resolvem vários problemas quando se tenta confinar a luz a espaços menores, especiais”, elucida Podolskiy. Em contraste, a abordagem da birrefringência “faz o oposto: traz a refração negativa para o nível de objetos de grande escala”. As duas abordagens podem vir a ter aplicações práticas.
Jack Ng, professor assistente de pesquisa da Hong Kong University de Ciência e Tecnologia que trabalhou na proposta do raio atrator envolvendo a indução de cargas, aponta que o estudo pode ter algumas ideias interessantes, mas também algumas falhas. Por exemplo, apesar de o grupo ter mostrado que a transferência de energia pode ser negativa, “não mostrou que a força pode ser negativa”. Em outras palavras, as partículas podem não se mover.
De qualquer forma, existem várias ideias sobre a geração de pressão negativa de radiação no papel; o laboratório de Segev sequer têm os recursos necessários para criar o guia de ondas proposto. Segev, no entanto, diz que várias empresas podem produzir os materiais necessários e que os pesquisadores esperam encontrar uma delas em breve para poderem testar seu projeto experimentalmente. Até lá, as partículas terão que esperar para sentirem a emoção de serem levadas para a luz.

 Flickr/alanymchan

Nova proposta de “raio atrator” aproveitaria a energia da luz.

Fonte : Inovação Tecnológica

Astronomia, Ciência e Tecnologia, Conhecimento

1º Curso Gratuito de Astrobiologia e Procura por Vida Extra-terrestre

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Leitura Recomendada : “Astrobiology: A Brief Introduction by Kevin W. Plaxco and Michael Gross”

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FAQ

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Astronomia

Universo: Teia cósmica tem fios de matéria escura

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Eclipse científico

A virtual descoberta do bóson de Higgs praticamente eclipsou uma descoberta igualmente expressiva no campo da cosmologia.

Jörg Dietrich e seus colegas da Universidade Observatório de Munique, na Alemanha, afirmam ter detectado componentes de matéria escura entre dois super-aglomerados de galáxias a 2,7 bilhões de anos-luz de distância da Terra.

É a primeira vez que se detecta claramente o "esqueleto" de matéria escura que permeia a teia cósmica de matéria no Universo.

E, o que é mais interessante, esse esqueleto aparece justaposto com a distribuição de matéria comum, permitindo uma comparação sem precedentes entre as duas fontes de gravidade.

Teia cósmica

A matéria comum forma uma teia no espaço, com galáxias e aglomerados de galáxias interligados por filamentos de gases quentes muito tênues – mas formados por átomos de matéria comum.

É necessário lembrar que, apesar de galáxias e aglomerados de galáxias serem estruturas descomunais, a maior parte do que chamamos "cosmos" é um imenso espaço vazio. Como esses filamentos se espalham por distâncias imensas, os cálculos indicam que eles contêm mais da metade de toda a matéria do Universo.

Assim, um espaço aparentemente vazio ganha uma estrutura graças à presença desses filamentos.

A gravidade produzida por eles, contudo, indica que esses filamentos não podem ser feitos apenas de matéria bariônica – a nossa matéria comum, que compõe 4% da massa do Universo.

Eles possuem um fortíssimo componente de matéria escura – essa "alguma coisa" invisível que compõe 85% da massa do Universo.

Filamento de matéria escura

Mas ninguém até hoje havia conseguido identificar o componente de matéria escura de um filamento.

Dietrich e seus colegas encontraram-no no filamento que une os aglomerados Abell 222 e Abell 223 – dois aglomerados de galáxias pertencentes ao catálogo criado pelo astrônomo George Abell em 1958, que contém 2712 enxames de galáxias.

A forte gravidade do filamento que une os dois aglomerados funciona como uma lente para a luz que vem de galáxias mais distantes em direção à Terra.

Os pesquisadores usaram essa luz para calcular a massa e o formato do filamento.

Raios X emitidos pelo gás quente de matéria comum mostram que essa matéria está distribuída ao longo de todo o filamento, mas compondo apenas cerca de 9% de sua massa.

Simulações em computador mostraram que outros 10% de massa podem ser atribuídos às estrelas e galáxias visíveis.

O resto só pode ser "parte de uma rede matéria escura que conecta aglomerados de galáxias através do Universo, disse Dietrich.

Estrutura do Universo

Astrônomos já haviam usado uma técnica semelhante para traçar um mapa da distribuição da matéria escura no interior de um outro aglomerado de galáxias, o Abell 1689.

Mas esta é a primeira vez que se detecta a matéria escura nas "interligações" de matéria comum.

A possibilidade de fazer um mapa mostrando matéria comum e matéria escura juntas pode mostrar a inter-relação entre as duas e ajudar a determinar se a matéria escura é formada por partículas "frias" (de movimento lento) ou por partículas "quentes" (de movimento rápido).

E isso serve para dar a dimensão da importância dessa observação, uma vez que ela pode ajudar os astrofísicos a entender a estrutura do Universo e, usando a mesma técnica, tentar descobrir o que compõe essa substância invisível conhecida como matéria escura.

Teia cósmica do Universo tem fios de matéria escura

Os cálculos indicam que os filamentos que unem os aglomerados de galáxia contêm mais da metade de toda a matéria no Universo. [Imagem: Dietrich et al./Nature]

 

Bibliografia:
A filament of dark matter between two clusters of galaxies
Jörg P. Dietrich, Norbert Werner, Douglas Clowe, Alexis Finoguenov, Tom Kitching, Lance Miller, Aurora Simionescu
Nature
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nature11224

Fonte : Inovação Tecnológica

Astronomia, Ciência e Tecnologia, futuro, Geral

Físicos Declaram Vitória na Caça ao Higgs

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Agora pesquisadores precisam determinar a identidade exata da nova partícula

EXPERIMENTO ATLAS © 2012 CERN

O experimento Atlas observou um novo tipo de bóson decaindo em quatro elétrons – um bom indicador de que é a partícula de Higgs.

Físicos anunciaram hoje ter visto um claro sinal do bóson de Higgs – uma parte fundamental do mecanismo que dá massa a todas as partículas.
Dois experimentos independentes apresentaram seus resultados hoje de manhã no Cern, o laboratório europeu de física de altas energias perto de Genebra, na Suíça. Ambos mostram evidências convincentes de um novo bóson pesando cerca de 125 gigaeletronvolts, que até o momento está de acordo com as previsões sobre o Higgs feitas anteriormente por físicos teóricos.
“Como leigo eu diria: ‘Acho que encontramos’. Vocês concordam?”, perguntou o diretor geral do Cern, Rolf-Dieter Heuer, ao auditório lotado. Os físicos reunidos explodiram em aplausos.
“É realmente incrível isso ter acontecido durante minha vida”, declarou Peter Higgs, o teórico que empresta seu nome ao bóson, lutando para não chorar diante da plateia.
O anúncio surge quase 50 anos após Higgs e quatro outros teóricos preverem a existência do bóson. A partícula foi originalmente invocada para explicar porque partículas chamadas de bósons W e Z têm massa, enquanto fótons – partículas de luz – não têm. Os bósons W e Z são os mediadores da força nuclear fraca (que governa certos tipos de decaimento radioativo), e os fótons da força eletromagnética. Então, explicando a diferença em suas massas, o bóson de Higgs permitiu que os físicos unificassem as duas forças em uma única força “eletrofraca”.
Dessa forma, o modelo padrão da física de partículas é baseado na existência de algo como uma partícula de Higgs. Com o passar dos anos, medições de outras partículas verificaram o modelo com precisão impressionante, apoiando a ideia da existência do Higgs, explica Tom Kibble, do Imperial College London, outro teórico a prever a partícula pela primeira vez. “A coisa toda não se encaixaria bem se ele não existisse”.
O anúncio de hoje é visto como uma forte confirmação do modelo e uma vitória para os dois experimentos do Grande Colisor de Hádrons (LHC, em inglês). De aproximadamente 500 trilhões de colisões, “o sinal que estamos vendo têm dezenas de partículas”, apontou Joe Incandela, porta-voz do experimento Solenóide Compacto de Múons (CMS, em inglês). O feito é equivalente a encontrar alguns grãos específicos dentro de uma piscina olímpica cheia de areia. “Estou extremamente orgulhoso de ter colaborado com o que foi feito”, adiciona Incandela. 
Heuer põe a possibilidade de as medidas serem falhas estatísticas na ordem de uma em um milhão – em termos físicos, por volta de 5 sigma.
As maneiras com que a nova partícula interage com outras é consistente com o que era esperado para um bóson de Higgs, ainda que medições adicionais sejam necessárias para determinar sua identidade. De acordo com Incandela, os físicos vão querer determinar, em particular, se o novo bóson tem spin zero como previsto.
A forma com que a nova partícula decai em outras também será fundamental para verificar sua natureza exata. No momento, o novo bóson já parece estar decaindo em pares de raios gama um pouco mais frequentemente do que o previsto pelas teorias, destacou Bill Murray, físico do Atlas, outro experimento envolvido na descoberta. O pesquisador reforça, no entanto, que é importante lembrar que os dados ainda são muito preliminares.
Segundo Heuer, o LHC funcionará por três meses além do que foi planejado originalmente, para tentar responder a algumas dessas perguntas no ano que vem. “É o início de uma longa jornada”, reforça ele.

Fonte : SCIAM

Astronomia, Ciência e Tecnologia

Evidência de Maré sob a Gelada Crosta de Titã

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Novos resultados classificam lua de Saturno como um dos grandes satélites com oceanos

por Sid Perkins e revista Nature

Dados coletados pela sonda Cassini, da Nasa, enquanto passava repetidamente por Titã, a maior lua de Saturno, oferecem a melhor evidência de que o enfumaçado satélite tem um grande oceano em forma líquida se movendo sob sua grossa camada de gelo.
Durante a órbita de 16 dias de Titã ao redor de Saturno, a distância entre a lua e seu planeta vai de pouco menos de 1,19 milhões quilômetros a quase 1,26 milhões quilômetros – uma disparidade que gera marés que flexionam a superfície da lua, de acordo com Luciano Iess, cientista planetário da Sapienza University de Roma. Estimativas do tamanho dessas marés e de seus efeitos podem fornecer pistas sobre a estrutura interna da lua, explica ele. 
Desde que começou a orbitar Saturno, em julho de 2004, a Cassini já passou por Titã mais de 80 vezes. Para esse estudo, Iess e seus colegas analisaram como a gravidade da lua fez a Cassini acelerar quando se aproximava de Titã e em seguida desacelerar enquanto recuava durante seis desses sobrevoos. Como Titã ocupava locais diferentes de sua órbita durante cada passagem, a equipe de pesquisadores poderia usar os dados dessas visitas para discernir variações sutis no campo gravitacional da lua enquanto ela se movia ao longo de sua órbita. Essas variações foram criadas por mudanças na forma de Titã – que, por sua vez, foram disparadas pelas flexões de maré na superfície da lua.
As análises da equipe sugerem que a superfície da lua pode subir e descer até 10 metros a cada órbita, aponta Iess. Esse nível de alteração sugere que o interior de Titã é relativamente deformável, relata a equipe na Science. Vários modelos da estrutura interna da lua sugerem essa flexibilidade – incluindo um modelo em que Titã é sólida, mas macia e escorregadia por dentro. Mas os pesquisadores discutem se o modelo mais provável de Titã é aquele em que uma camada de gelo com dezenas de quilômetros de espessura flutua sobre um oceano global. As descobertas da equipe, em conjunto com os resultados de estudos anteriores, sugerem que o oceano de Titã possa estar a não mais de 100 km da superfície do planeta.
Derretendo o meio
“Esse é um resultado empolgante, que coloca Titã firmemente no grupo de grandes satélites com oceanos”, comemora Robert Pappalardo, cientista planetário do Jet Propulsion Laboratory em Pasadena, na Califórnia. Cientistas já haviam inferido a presença de oceanos abaixo das superfícies geladas de vários satélites, incluindo Encélado, outra lua de Saturno, e Europa, que orbita Júpiter. 
A flexão de maré da camada gelada de Titã não forneceria calor suficiente para manter a subsuperfície do oceano líquida, aponta Jonathan Lunine, cientista planetário da Cornell University em Ithaca, no estado de Nova York, e coautor do estudo. Mas a energia liberada pelo decaimento de elementos radioativos no núcleo da lua, as reações químicas que desidratam muitos dos silicatos ali presentes e as pequenas quantidades de amônia que podem manchar o oceano ajudariam a evitar que congelasse, ressalta o pesquisador.
Essa flexão de maré, porém, poderia servir de explicação para a presença de metano na atmosfera de Titã, mesmo que o gás seja normalmente destruído por reações químicas produzidas pela luz do Sol, pondera Lunine. Depósitos de gelo rico em metano nas porções superiores da crosta de Titã seriam aquecidos o suficiente pela flexão para liberarem o gás, assim reabastecendo as concentrações atmosféricas do gás dessa lua. Em seguida isso cairia na forma de chuva sobre lagos e oceanos de metano na superfície.
“Mas isso é apenas uma ideia, porque cientistas ainda não mediram concentrações de metano próximas da superfície [de Titã]”, destaca Lunine. “Não há indícios de sua localização”.   
Essa evidência poderia estar disponível em breve. A missão Titan Mare Explorer (TiME), uma das três candidatas que a Nasa está considerando lançar no fim da década, liberaria uma cápsula flutuante e recheada de instrumentos em um dos grande mares de metano no hemisfério norte de Titã para estudar os processos químicos e físicos que acontecem por lá. “Até agora só vimos algo durante sobrevoos”, lembra Lunine.

Nasa

 

Fonte : SCIAM

Astronomia, Ciência e Tecnologia

Muito barulho por nada

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A ciência se aproxima de descobrir por que existe algo em vez de nada

por Michael Shermer

Por que existe algo em vez de nada? Essa é uma daquelas questões profundas difíceis de responder. Ao longo de milênios, os humanos simplesmente disseram “Foi Deus quem fez”: um criador precedeu o Universo e o criou a partir do nada. Mas isso levanta a pergunta de quem criou Deus – e se Deus não precisar de um criador, a lógica dita que o Universo também não precisa. A ciência lida com causas naturais (não sobrenaturais) e por isso permite várias maneiras de explorar de onde é que o “algo” veio.

Universos múltiplos
Há muitas hipóteses de multiversos que nos mostram como o Universo poderia ter nascido a partir de outro. Nosso Universo pode ser, por exemplo, apenas um entre vários universos-bolha com diferentes leis naturais, que produziriam estrelas, com algumas delas colapsando em buracos negros e tendo peculiaridades que dariam origem a novos universos – de maneira similar à singularidade que os físicos acreditam ter dado origem ao Big Bang.
Teoria-M
No livro The Grand Design (O grande projeto), escrito em 2010 com Leonard Mlodinow, Stephen Hawking elege a “Teoria-M” (uma extensão da teoria de cordas que inclui 11 dimensões) como “a única candidata à teoria completa do universo. Se for finita – e isso ainda terá que ser provado – será o modelo de um universo que cria a si mesmo”.
Criação de espuma quântica
O “nada” do vácuo espacial na verdade é feito de turbulências espaço-temporais subatômicas em distâncias extremamente pequenas, mensuráveis na escala de Plank – a distância na qual a estrutura do espaço-tempo é dominada pela gravidade quântica. Nessa escala, o princípio da incerteza de Heisenberg permite que a energia decaia brevemente em partículas e antipartículas, produzindo “algo” a partir do “nada”. O nada é instável. Em seu novo livro, A Universe from Nothing, o cosmólogo Laurence M. Kraus tenta ligar a física quântica à teoria da relatividade geral de Einstein para explicar a origem de um Universo dessa maneira: “Na gravidade quântica, os universos podem aparecer espontaneamente, e de fato sempre o farão. Esses universos não precisam estar vazios, mas podem conter matéria e radiação desde que sua energia total, incluindo a energia negativa associada à gravidade (contrabalanceando a energia positiva da matéria), seja zero”. Além disso, “para universos fechados que podem ser criados a partir desses mecanismos para durar mais do que intervalos infinitesimais de tempo, algo como a inflação se faz necessário”. As observações mostram que o Universo é de fato plano (há matéria suficiente para desacelerar sua expansão, mas não detê-la), tem energia total zero e passou por uma rápida inflação, ou expansão, logo após o Big Bang, como descrito pela cosmologia inflacionária. “A gravidade quântica não apenas parece permitir que universos sejam criados a partir do nada – ou seja, da ausência de espaço e tempo –, ela pode precisar que seja assim. O ‘nada’ – nesse caso a ausência de espaço, de tempo, de tudo! – é instável”.
As outras hipóteses também são testáveis. A ideia de que novos universos possam surgir de buracos negros em colapso pode ser esclarecida a partir de conhecimentos adicionais sobre as propriedades de buracos negros, que estão sendo estudadas. Outros universos-bolha podem ser detectados nas sutis variações de temperatura da radiação cósmica de fundo deixada pelo Big Bang de nosso Universo. A Sonda Anisotrópica de Micro-ondas Wilkinson (WMAP, em inglês) está coletando dados sobre essa radiação. Além disso, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO, em inglês) foi projetado para detectar ondas gravitacionais excepcionalmente fracas. Se existem outros universos, talvez rugas em ondas gravitacionais indiquem sua presença. Talvez a gravidade seja uma força relativamente tão fraca (se comparada ao eletromagnetismo e às forças nucleares) porque parte dela “vaza” para outros universos. Mesmo que Deus seja visto como o criador das leis da Natureza que fizeram o Universo (ou multiverso) surgir a partir do nada – se essas leis forem determinísticas –, então Deus não teve escolha na criação do Universo, e por isso não foi necessário. De qualquer forma, por que deveríamos nos voltar para o sobrenatural quando nossa compreensão do natural ainda está em seus estágios iniciais? Seríamos sábios ao seguir esse princípio cético: antes de dizer que algo não é deste mundo, certifique-se de que não seja deste mundo.

 

©Kevin Carden/ Shutterstock

Fonte : SCIAM

Astronomia

Rare Cosmic Footprint

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Rare Cosmic Footprint

 

The NASA/ESA Hubble Space Telescope has been used to capture a striking image of a rare astronomical phenomenon called a protoplanetary nebula. This particular example, called Minkowski’s Footprint, also known as Minkowski 92, features two vast onion-shaped structures either side of an ageing star, giving it a very distinctive shape.

Protoplanetary nebulae like Minkowski’s Footprint have short lives, being a preliminary stage to the more common planetary nebula phase. In the middle of the image is a star, soon to be a white dwarf, puffing out material due to intense surface pulsations. Charged particle streams, called stellar winds, are shaping this gas into the interesting shapes that Hubble allows us to see.

Technically speaking Minkowski’s Footprint is currently a reflection nebula as it is only visible due to the light reflected from the central star. In a few thousand years the star will get hotter and its ultraviolet radiation will light up the surrounding gas from within, causing it to glow. At this point it will have become a fully fledged planetary nebula.

The processes behind protoplanetary nebulae are not completely understood, making observations such as this even more important. Hubble has already conducted sterling work in this field, and is set to continue.

The image was obtained with the Hubble’s Wide Field Planetary Camera 2. The picture has been made from many exposures through four different colour filters. Light from ionised oxygen has been coloured blue (F502N), light passing through a green/yellow filter (F547M) is coloured cyan, light from atomic oxygen is coloured yellow (F631N) and light from ionised sulphur is coloured red (F673N). The total exposure times per filter were 2080 s, 960 s, 2080 s and 1980 s respectively and the field of view is only about 36 arcseconds across.

Credit:

ESA/Hubble & NASA

Fonte : Hubble

Astronomia

Sistema Solar pode ser modelo para outros sistemas planetários?

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Humildade planetária

O Sistema Solar não é mais o sistema planetário com maior número de planetas que o homem conhece.

Com o rebaixamento de Plutão, hoje contamos com apenas oito planetas.

O recordista passou a ser o sistema planetário HD 10180, localizado a 130 anos-luz de distância, que parece ter nove planetas. Depois aparecemos nós e, em terceiro lugar, o sistema Kepler-11, com seis planetas.

Uma equipe da Universidade de Hertfordshire (Reino Unido) confirmou os dados usando o HARPS (High Accuracy Radial velocity Planet Searcher), um espectrógrafo instalado no observatório do ESO em La Silla, no Chile.

Isso vem se somar a outros indícios de que o Sistema Solar pode afinal não ser tão esquisito quanto ficou parecendo quando começamos a encontrar planetas extrassolares.

O que pode ter acontecido é que, como as técnicas para encontrar planetas vem sendo rapidamente aprimoradas, inicialmente os astrônomos só conseguiram ver algumas esquisitices cósmicas.

Por exemplo, inicialmente só se encontravam brutamontes gasosos super-quentes, maiores do que Júpiter, mas mais próximos de suas estrelas do que Mercúrio está do Sol – hoje já se calcula em bilhões o número de planetas rochosos em zonas habitáveis.

Velocidade radial e trânsito

Essa impressão foi reforçada por um outro trabalho publicado nesta semana por astrônomos do Centro de Astrofísica da Universidade do Porto e do Observatório de Genebra.

Eles analisaram dados do mesmo espectrógrafo HARPS e do telescópio espacial Kepler e concluíram que as órbitas da maioria dos outros sistemas planetários são alinhadas, tal como acontece no nosso Sistema Solar.

A procura de exoplanetas faz-se hoje essencialmente por dois métodos distintos: método da velocidade radial e o método de trânsito.

Existe uma diferença significativa quando estes dois métodos são aplicados.

Um planeta pode ser detectado pela variação da velocidade radial da estrela mesmo quando a órbita esteja inclinado em relação à nossa linha de visão.

No entanto, para um planeta transitar, o plano da sua órbita tem de estar quase perfeitamente alinhado com a Terra, e o mesmo é verdade para um sistema de dois ou mais planetas.

Isto significa que, se observarmos vários planetas transitando em um sistema planetário, as suas órbitas terão ângulos muito pequenos entre si.

Sistema Solar pode ser modelo para outros sistemas planetários?

Dados indicam que planetas com órbitas não-coplanares são muito raros. [Imagem: Ricardo Reis (CAUP)]

Compatibilidade de dados

O HARPS é sensível a todos os tipos de exoplanetas, independentemente de sua orientação em relação à Terra, enquanto o telescópio espacial Kepler só enxerga aqueles vistos pela técnica do trânsito, ou seja, planetas que estão bem alinhados com o plano de suas estrelas.
Continue lendo Sistema Solar pode ser modelo para outros sistemas planetários? →

Astronomia

Cassiopeia A : Encontrado ferro no lado externo de supernova

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Astrônomos lançaram um novo olhar sobre uma velha supernova e descobriram que ela havia se virado ao avesso durante a explosão. O ferro, que se forma durante a morte das estrelas, geralmente fica no centro dos restos da supernova. Em Cassiopeia A, porém, ele foi encontrado do lado externo.
Essa análise lança também alguma luz sobre um fenômeno chamado de “chute de estrelas de nêutrons”, quando a estrela de nêutrons formada em uma supernova recua durante a explosão.
Cassiopeia A (ou, abreviando, Cas A) é o resultado de uma supernova de núcleo colapsado, um tipo de explosão estelar que atinge apenas estrelas muito massivas. Ela está localizada a 11 mil anos-luz da Terra e explodiu há 330 anos, o que a torna a segunda supernova mais jovem de nossa galáxia.
Como estrelas funcionam à base de hidrogênio, quando já o gastaram todo alguém tem que ceder. O núcleo da estrela começa a colapsar e sua temperatura aumenta no processo, o que significa que a estrela pode começar a fundir hélio em vez de hidrogênio. Todas as estrelas da sequência principal (como o nosso Sol) um dia acabarão por atingir essa fase de “gigante vermelha”.
O que acontece em seguida, no entanto, depende de como elas são. Estrelas muito massivas, com mais de oito vezes a massa do Sol, começam a fundir elementos mais pesados. Elas consomem carbono, oxigênio, néon e silício, enquanto seu núcleo colapsa cada vez mais e suas camadas exteriores se resfriam e expandem. Por fim, o que resta é um núcleo de ferro. A fusão do ferro consome mais energia do que gera, por isso a fusão para.
Agora que não existe mais a pressão externa da fusão, a gravidade assume o controle e a estrela colapsa. Em mais ou menos um segundo o núcleo da estrela encolhe, de algo com aproximadamente o tamanho da Terra, para uma estrela de nêutrons (com cerca de 15km de diâmetro) ou um buraco negro (teoricamente com 0km). As partículas subatômicas que constituíam o núcleo são esmagadas umas contra as outras e prótons e elétrons se transformam em nêutrons e neutrinos.

Esses neutrinos correm para fora da estrela, empurrando as camadas da estrela de volta para o espaço. Esse “salto” de neutrinos dá às camadas caindo em direção ao núcleo da estrela, que agora são uma onda de choque movendo-se para fora, energia suficiente para fundir elementos ainda mais pesados: ouro, prata, platina e até mesmo urânio são formados em supernovas.
Os neutrinos que se formaram durante o colapso da estrela alcançam a Terra antes de vermos qualquer luz – eles ganham uma vantagem enquanto a onda de choque ainda está lutando com as camadas externas da estrela moribunda. A luz é emitida como resultado da onda de choque batendo contra gás e poeira em seu caminho para fora da supernova. Ao estudar essa luz, os astrônomos conseguem identificar os elementos presentes nos remanescentes da explosão. A Cas A, que tinha algo entre 15 e 25 vezes a massa do Sol antes de explodir, seguiu esse caminho, mas algo estranho aconteceu.
O ferro que se formou durante sua morte foi ejetado do centro do que restou da supernova, de acordo com um novo artigo de Uma Hwang, do Goddard Space Flight Centre, em Maryland, e J Martin Laming, do Laboratório de Pesquisa Naval, em Washington, publicado no The Astrophysical Journal.
Uma e Laming estudaram os dados de raios-X da Cas A coletados pelo Observatório de Raios-X Chandra, da Nasa e observaram que vários elementos estavam distribuídos pelos restos da supernova e que todo o ferro que viram estava bem fora de sua região central. “O surpreendente é vermos todo o ferro que esperávamos, mas do lado de fora, com aparentemente nada no centro”, declara Laming.
Nós estamos vendo a Cas A 330 anos depois de sua explosão. Normalmente, não seríamos capazes de ver os dejetos internos tão cedo na evolução de um remanescente estelar. Mas graças a uma estrela companheira que “roubou” parte de seu material, o predecessor do remanescente perdeu muita massa. Isso quer dizer que podemos olhar para dentro da Cas A muito mais cedo do que seria possível em outras circunstâncias.
“A perda de massa permitiu que os choques que iluminam os dejetos nos raios-X escapassem quase completamente da estrela em pouco mais de 300 anos, por isso tantos dejetos podem ser observados”, explicou Uma. “Ainda que a Cas A seja de fato o segundo remanescente de supernova mais jovem de nossa galáxia, ela é praticamente a única supernova de núcleo colapsado que exibe uma emissão significativa de dejetos de ferro”.

Esse golpe de sorte significa que Uma e Laming puderam investigar outro fenômeno associado às supernovas de núcleo colapsado: o “chute” das estrelas de nêutrons.
Há muito se sabe que as estrelas de nêutrons deixadas para trás após a explosão das supernovas afastam-se do centro da explosão. Isso é chamado de “chute” da estrela de nêutrons. Uma e Laming acreditam que esse chute seja gerado por instabilidades no núcleo da supernova. Se o momento for conservado (e ele deve ser, se o chute da estrela de nêutrons acontecer assim), os dejetos se moveriam na direção oposta à da estrela de nêutrons – e isso é exatamente o que eles viram na Cas A. Os dejetos, como um todo, se moveram na direção oposta à da estrela de nêutrons. Mas eles não viram o ferro se movendo nessa direção, o que também seria esperado.
Essa análise, porém, é apenas a primeira tentativa de uma visão detalhada e compreensiva dos dejetos da Cas A, que emitem raios-X. E esperamos que não seja a última. “Acredite se quiser, mas esses dados provavelmente podem gerar um estudo no mínimo quatro vezes mais detalhado, mas é necessária muita mão de obra humana e computadorizada”, declarou Hwang. “Esperamos que alguns teóricos que estão trabalhando com simulações de explosões de colapso de núcleo percebam que há dados por aí que podem começar a por suas teorias a teste”.
O NuSTAR, o primeiro laboratório de raios-X de alta energia, deve ser lançado este ano. Ele deve ser capaz de fornecer dados melhores com os quais os astrônomos possam investigar como a Cas A surgiu e como sua estrela de nêutrons foi chutada.
Além disso, ele ajudará a localizar titânio-44 nos restos da supernova. Esse núcleo radioativo é produzido no mesmo processo que gera o ferro puro – e assim deve ser distribuído da mesma maneira. Laming afirma que as evidências dos dados atuais sugerem que ele não está localizado junto com o ferro nos arredores do que restou da supernova, mas que está, na verdade, em seu centro. Porém, alerta ele, os dados ainda estão confusos e são inconclusivos. O NuSTAR será capaz de produzir imagens do titânio-44 e, com sorte, fornecer respostas mais definitivas. “Se for verdade, será uma surpresa e tanto”, apontou Laming.
O titânio-44 no centro do remanescente estelar poderia dizer algo sobre a presença do ferro ‘invisível’ (ou seja, que não recebeu ondas de choque) que também pode existir por lá, ou poderia fornecer pistas acerca dos detalhes da explosão, ou da natureza da estrela de nêutrons, observou Uma.

 

Concepção artística das camadas internas da estrela que precedeu a Cassiopeia A

Imagem da Cassiopeia A obtida pelo Chandra. O ferro está em azul, e os outros elementos são enxofre (em verde) e magnésio (em vermelho)

 

Fonte : SCIAM

Astronomia

Planetas nas zonas habitáveis são calculados em bilhões

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Com informações do ESO – 28/03/2012

Muitos mundos

Que há mais planetas do que estrelas na Via Lácteavocê já sabia.

O que os astrônomos agora verificaram é que os planetas rochosos não muito maiores que a Terra são também comuns nas zonas habitáveis em torno das estrelas vermelhas de baixa luminosidade – o levantamento anterior não era sensível a essa classe de exoplanetas.

A equipe internacional estimou que existem dezenas de bilhões desses planetas – geralmente chamados de super-Terras – só na nossa galáxia, a Via Láctea, e provavelmente cerca de uma centena na vizinhança imediata do Sol.

Esta é a primeira medição direta da frequência de super-Terras em torno de anãs vermelhas, as quais constituem cerca de 80% de todas as estrelas da Via Láctea.

Esta primeira estimativa direta do número de planetas leves em torno das estrelas anãs vermelhas foi realizada com a ajuda do espectrógrafo HARPS instalado no telescópio de 3,6 metros que se encontra do Observatório do ESO, em La Silla, no Chile.

Anãs vermelhas

A equipe do HARPS está à procura de exoplanetas que orbitam os tipos de estrelas mais comuns da Via Láctea, as anãs vermelhas – também conhecidas como anãs do tipo M, o que corresponde ao mais frio dos sete tipos espectrais pertencentes a um esquema simples de classificação das estrelas segundo a sua temperatura e a aparência do seu espectro.

Essas estrelas apresentam fraca luminosidade e são pequenas quando comparadas com o Sol. No entanto, são muito comuns e vivem durante muito tempo, correspondendo por isso a 80% de todas as estrelas da Via Láctea.

“As nossas novas observações obtidas com o HARPS indicam que cerca de 40% de todas as estrelas anãs vermelhas possuem uma super-Terra que orbita na zona habitável, isto é, onde água líquida pode existir na superfície do planeta,” diz Xavier Bonfils, líder da equipe.

“Como as anãs vermelhas são muito comuns – existem cerca de 160 bilhões de estrelas deste tipo na Via Láctea – chegamos ao resultado surpreendente de que existirão dezenas de bilhões destes planetas só na nossa galáxia,” completou Bonfils.

Super-Terras e gigantes gasosos

A equipe HARPS analisou uma amostra cuidadosamente selecionada de 102 estrelas anãs vermelhas, que podem ser observadas no céu austral, durante um período de seis anos.

Foram encontradas nove super-Terras (planetas com massas compreendidas entre uma e dez vezes a massa terrestre), incluindo duas no interior das zonas habitáveis das estrelas Gliese 581 e Gliese 667 C.

Combinando todos os dados, incluindo observações de estrelas sem planetas, e observando a fração de planetas existentes que poderiam ser descobertos, a equipe conseguiu descobrir quão comuns são os diferentes tipos de planetas em torno de anãs vermelhas.

O resultado é que a frequência de ocorrência de super-Terras na zona habitável é de 41%, estendendo-se entre 28% e 95%.

Por outro lado, planetas de maior massa, semelhantes a Júpiter e Saturno – os chamados gigantes gasosos -, raramente são encontrados em torno de anãs vermelhas. Prevê-se que estes planetas gigantes (com massas compreendidas entre 100 e 1.000 vezes a massa terrestre) apareçam em menos de 12% deste tipo de estrelas.

Planetas nas zonas habitáveis são calculados em bilhões

Esta é a parte principal do instrumento HARPS, durante sua fase de montagem. [Imagem: HARPS/Unige]

Muitos vizinhos

Como existem muitas estrelas anãs vermelhas próximo do Sol, esta nova estimativa significa que existem provavelmente cerca de cem exoplanetas do tipo super-Terra nas zonas habitáveis de estrelas na vizinhança solar, a distâncias menores que 30 anos-luz.

“A zona habitável em torno de uma anã vermelha, onde a temperatura é favorável à existência de água líquida na superfície do planeta, encontra-se muito mais próxima da estrela do que a Terra do Sol,” diz Stéphane Udry, membro da equipe. “Mas sabe-se que as anãs vermelhas estão sujeitas a erupções estelares, o que faria com que o planeta fosse banhado por radiação ultravioleta e raios-X, tornando assim a vida mais improvável.”

Um dos planetas descobertos no rastreio HARPS de anãs vermelhas é o Gliese 667 Cc. Este é o segundo planeta descoberto neste sistema estelar triplo e parece estar próximo do centro da zona habitável.

Embora este planeta seja mais de quatro vezes mais pesado do que a Terra, é o “irmão gêmeo” mais parecido com a Terra encontrado até agora e possui quase com certeza as condições necessárias à existência de água líquida à sua superfície.

É a segunda super-Terra descoberta no interior da zona habitável de uma anã vermelha durante este rastreio HARPS, depois de Gliese 581d, anunciado em 2007 e confirmado em 2009.

“Agora que sabemos que existem muitas super-Terras em órbita de anãs vermelhas próximas de nós, precisamos identificar mais delas utilizando tanto o HARPS como futuros instrumentos. Espera-se que alguns destes planetas passem em frente das suas estrelas hospedeiras à medida que as orbitam – o que nos dará uma excelente oportunidade de estudar a atmosfera do planeta e procurar sinais de vida,” conclui Xavier Delfosse, outro membro da equipe.

Instrumento HARPS

O instrumento HARPS (High Accuracy Radial velocity Planetary Search) mede a velocidade radial das estrelas com uma precisão extraordinária.

Um planeta que se encontre em órbita de uma estrela faz com que esta se desloque para cá e para lá relativamente a um observador distante na Terra.

Devido ao efeito Doppler, esta variação na velocidade radial induz um desvio no espectro da estrela na direção dos maiores comprimentos de onda quando a estrela se afasta (chamado desvio para o vermelho) e na direção dos menores comprimentos de onda quando esta se aproxima (desvio para o azul).

Este minúsculo desvio do espectro da estrela pode ser medido por um espectrógrafo de alta precisão como o HARPS e utilizado para inferir a presença de um planeta.

Planetas nas zonas habitáveis são calculados em bilhões

Esta concepção artística retrata o entardecer visto da super-Terra Gliese 667 Cc. A estrela mais brilhante no céu é a anã vermelha Gliese 667 Cc, que é parte de um sistema triplo de estrelas. As outras duas estrelas mais distantes, Gliese 667 A e B, aparecem no céu à direita. Astrônomos estimaram que existem dezenas de bilhões de planetas rochosos orbitando anãs vermelhas de baixa luminosidade somente na Via Láctea.[Imagem: ESO/L. Calçada]

Fonte : Inovação Tecnológica