Primeiro exoplaneta em zona habitável

O sistema planetário em torno da anã vermelha Gliese 581, uma das estrelas mais próximas do Sol, tem sido objeto de vários estudos com o objetivo de confirmar a detecção do primeiro exoplaneta potencialmente habitável.

© ESO (Gliese 581d ao redor de sua estrela anã vermelha)

Desde que o sistema revelou o exoplaneta mais parecido com a Terra, em 2007, até a proposição de que o Gliese 581g estaria bem no centro da zona habitável, em 2010, todos os candidatos à posição de "primeiro exoplaneta habitável" têm sido descartados por observações subsequentes.

Agora, contudo, um grupo de cientistas do Instituto Pierre Simon Laplace, da França, acredita ter encontrado indícios suficientes para demonstrar que o Gliese 581d pode ser considerado o primeiro exoplaneta capaz de abrigar a vida como ela existe na Terra.

A chamada "zona habitável" em torno das estrelas representa a faixa de distâncias em que os planetas não são nem muito frios e nem muito quentes para que a vida possa florescer, com uma temperatura suficiente para manter a água em estado líquido.

Embora o Gliese 581g parecesse estar em uma posição privilegiada dentro da zona habitável, várias equipes questionaram a sua detecção, ou seja, ele pode simplesmente não existir, sendo resultado de ruído nas medições ultra-finas do "balanço" estelar, necessárias para detectar exoplanetas nesse sistema.

Inicialmente ele foi considerado longe demais da estrela, consequentemente frio demais para a vida. Ao contrário, análises posteriores mostraram que, se o planeta tivesse oceanos líquidos como a Terra, eles evaporariam rapidamente, em um efeito semelhante ao que deu a Vênus o clima quente e inóspito que tem hoje.

Mas Robin Wordsworth e seus colegas do Laboratório de Meteorologia Dinâmica, em Paris, discordam dessas análises.

Embora seja provavelmente um planeta rochoso, o Gliese 581d tem uma massa de pelo menos sete vezes a da Terra e cerca de duas vezes o seu tamanho.

O maior problema, contudo, é que, além de receber menos de um terço da energia solar que chega à Terra, ele parece ter uma órbita com um lado permanentemente dia e o outro permanentemente noite - os dados não são precisos o suficiente para uma conclusão definitiva e pode ser que o planeta gire muito lentamente.

Com isto, a crença geral era que, qualquer atmosfera espessa o suficiente para manter o planeta aquecido, ficaria fria o suficiente no lado noturno para congelar por completo, prejudicando qualquer perspectiva de um clima habitável.

Para testar essa hipótese, Wordsworth e seus colegas desenvolveram um novo tipo de modelo computacional capaz de simular com maior precisão o clima de um exoplaneta.

O modelo simula a atmosfera e a superfície de um planeta em três dimensões, de forma parecida com os usados para estudar as mudanças climáticas na Terra.

No entanto, o simulador é baseado em princípios físicos mais fundamentais, permitindo a simulação de uma gama muito mais ampla de condições, incluindo qualquer coquetel atmosférico de gases, nuvens e aerossóis.

Para sua surpresa, os pesquisadores descobriram que, dada uma atmosfera de dióxido de carbono densa o suficiente - um cenário provável em um planeta tão grande - o clima do Gliese 581d não somente é estável, mas quente o suficiente para abrigar oceanos, nuvens e chuva.

Um dos fatores primordiais nos resultados foi o chamado espalhamento Rayleigh, o fenômeno que faz com que o céu da Terra seja azul.

No Sistema Solar, o espalhamento Rayleigh limita a quantidade de luz solar que uma atmosfera espessa pode absorver, porque uma grande parte da luz azul que se dispersa é imediatamente refletida de volta ao espaço.

No entanto, como a luz da estrela Gliese 581 é vermelha, ela praticamente não é afetada no Gliese 581d.

Isto significa que a luz pode penetrar mais profundamente na atmosfera, aquecendo mais o planeta devido ao efeito estufa da atmosfera de CO2 e ao efeito das nuvens de gelo de dióxido de carbono previstas para se formarem a altas altitudes.

Além disso, as simulações da circulação 3D indicaram que o aquecimento diurno é eficientemente redistribuído por todo o planeta através da atmosfera, impedindo o colapso atmosférico no lado noite ou nos pólos.

O resultado entusiasmou ainda mais os cientistas porque, a 20 anos-luz da Terra, o Gliese 581d é um dos nossos vizinhos galácticos mais próximos. Isto significa que os telescópios do futuro poderão ser capazes de detectar a atmosfera do planeta diretamente.

© CNRS/ESO (zona habitável para o Sol e a Gliese 581)

Embora esta simulação indique que o Gliese 581d possa ser habitável, há outras possibilidades.

Por exemplo, ele poderia ter mantido uma parte do seu hidrogênio na atmosfera, como Urano e Netuno, ou os fortes ventos de sua estrela poderiam ter varrido sua atmosfera inteiramente nos primórdios de sua formação.

Para detectar esses diferentes cenários, o grupo elaborou uma série de testes simples que os astrônomos deverão realizar no futuro, quando contarem com um telescópio suficientemente poderoso.

Se o Gliese 581d for realmente habitável, ainda assim ele seria um lugar bastante estranho para se visitar - o ar denso e as nuvens espessas manteriam a superfície em um crepúsculo vermelho escuro perpétuo.

Além disso, sua grande massa significa que a gravidade na superfície é de cerca de duas vezes a gravidade na superfície da Terra.

Uma importante implicação desses resultados pode ser a ideia de que os exoplanetas capazes de suportar a vida na verdade não precisam ser assim tão parecidos com a Terra.

Fonte: The Astrophysical Journal Letters

A receita do Universo e seus ingredientes

Além de seis tripulantes, o ônibus espacial Endeavour decolou nesta segunda-feira levando ao espaço um experimento científico de dois bilhões de dólares, financiado por nada menos que 16 nações da Europa, da Ásia e da América do Norte - o Espectrômetro Magnético-Alfa (AMS, na sigla em inglês).

© Science Photo Library (a evolução do Universo)

Trata-se de uma sonda de seis toneladas, que será acoplada à Estação Espacial Internacional (ISS) e fará medições de partículas que bombardeiam a Terra, também conhecidas como raios cósmicos. Essas partículas, originadas por diferentes fontes no Universo, deixam rastros únicos, que podem dizer aos cientistas do que o Universo é realmente feito.
Os especialistas ainda não sabem exatamente do que são feitos todos os componentes fundamentais do cosmo. Sabe-se, por exemplo, que o Universo possui três ingredientes principais. O primeiro deles é uma velha conhecida do homem: a matéria visível. São partículas que formam os tijolos fundamentais dos átomos, planetas e estrelas. Tão massivos são os corpos celestes e tão onipresentes são os átomos que seria natural assumir que a maior parte do Universo é composta por matéria visível, certo? Mas não. Apenas 5% dele é matéria visível. O restante é ocupado pelos outros dois ingredientes - a matéria escura e a energia escura. São manifestações exóticas da natureza e quase nada conhecidas pelo homem. A audaciosa tarefa do AMS será ajudar os cientistas a entender do que são feitos esses 95% do universo.
Para entender os outros dois ingredientes que formam o cosmo será preciso levar em consideração um fato inusitado. Quando os cientistas observam a forma com que estrelas e as galáxias se movem, há algo inusitado: apesar de a Física afirma que as estrelas, planetas e corpos de uma galáxia deveriam se movimentar mais lentamente à medida em que se afastam do centro dela, isso não acontece na prática, no caso das galáxias. No Sistema Solar, por exemplo, Mercúrio, que está próximo do Sol, movimenta-se em torno do astro com velocidade 60% mais rápida do que a da Terra. Marte segue mais lento que o nosso planeta e Júpiter ainda mais. E assim por diante, até Plutão e Eris, que praticamente se arrastam em volta do Sol.
As diferentes velocidades esperadas pelos físicos podem ser entendidas quando observamos um furacão, explica o físico Marcelo Gleiser, autor do livro Criação Imperfeita. Se medirmos a velocidade das moléculas próximas ao olho do fenômeno, elas se movem rapidamente. À medida em que se afastam do centro, as partículas perdem força e ficam mais lentas, até o furacão desaparecer completamente. “Assim deveria funcionar com as galáxias”, afirma Gleiser. Contudo, as observações cósmicas mostram que os corpos nas periferias das galáxias movimentam-se com velocidades comparáveis às daqueles que estão mais ao centro.
Matéria escura - Portanto, para que as equações da física façam sentido, é preciso que exista alguma força empurrando o amontoado de poeira, gás, estrelas e planetas da periferia das galáxias em velocidades semelhantes a de corpos que estão mais próximos do núcleo. Essa força adicional compensaria a previsão física de que quanto mais longe do centro de uma galáxia, mais lento é o movimento dos corpos. Essa força adicional é a gravidade de uma manifestação da natureza que possui massa, mas não emite qualquer tipo de luz - ou radiação - que o homem consiga medir diretamente.
Como não é possível enxergá-lo, os cientistas deram o nome de "matéria escura" a esse que seria o segundo ingrediente mais abundante no universo. Estima-se que 23% de tudo seja formado pela matéria escura. “Os pesquisadores têm certeza de que ela existe, pois ela exerce força sobre os corpos, influencia inclusive a luz”, esclarece Gleiser. Apesar de não detectá-la diretamente, é possível perceber os efeitos que a matéria escura causa no movimento das galáxias.
Energia escura - O mais abundante dos ingredientes do Universo, porém, é a ainda mais misteriosa, a energia escura. Gleiser explica que os modelos físicos provaram que o Universo está em expansão, de acordo com a teoria do Big Bang - a grande explosão primordial que deu início a tudo. “Só que, em 1998, descobriu-se que essa expansão estava acontecendo mais rapidamente do que as equações previam”, diz. Para que a conta fechasse, os cientistas calcularam o quanto de força seria preciso para provocar o excedente na velocidade de expansão das galáxias. A essa força deu-se o nome de energia escura - que corresponde a 72% do universo.
Saber que essas forças estranhas existem não é suficiente. “É necessário saber do que elas são feitas e como elas podem ajudar o homem a entender o Universo, melhorar os modelos físicos e desenvolver melhores tecnologias”, pondera Gleiser. É aí que entra o AMS, o caro experimento de dois bilhões de dólares.
A análise dos raios cósmicos que a sonda fará será inédita. Como a maioria das partículas dos raios cósmicos é repelida pela atmosfera, torna-se difícil o estudo deles a partir da superfície da Terra sem qualquer tipo de interferência. O AMS vai capturar partículas usando um poderosíssimo imã, o mais potente já colocado no espaço. Detectores ultraprecisos vão identificar essas partículas e medir a massa, carga e energia de cada uma delas. Como cada partícula deixa um rastro único, os cientistas esperam encontrar aquelas que explicam de alguma forma a natureza da matéria e energia escuras.
O investimento colossal em um único experimento científico mostra que a comunidade internacional está disposta a gastar muito dinheiro para responder questões fundamentais. O projeto ainda dá uma sobrevida à Estação Espacial Internacional, criticada por não ter uma serventia substancial no avanço da ciência além de experimentos em microgravidade. Os cientistas ainda terão muito que fazer até que o AMS esteja em pleno funcionamento. Será preciso instalá-lo no enorme complexo espacial que flutua a 400 quilômetros da superfície da Terra e depois realizar uma série de testes para comprovar seu funcionamento. Não tem problema. O Universo nos espera - desde sua criação, há bilhões de anos - e sempre vai esperar, pacientemente, para ser explorado.
O AMS também vai procurar pela antimatéria, uma manifestação da habitual matéria visível, mas com carga contrária. Por exemplo, um átomo de matéria é formado por prótons, que são cargas positivas, envolvido por elétrons, que são cargas negativas. Os átomos de antimatéria seriam formados por antiprótons, com cargas negativas, envolvidos por pósitrons, que são cargas positivas. Antipartículas já foram observadas pelo homem em laboratório, mas nunca no espaço.
Por possuir um poderosíssimo imã, o AMS vai aumentar o conhecimento sobre o comportamento de imãs no espaço. Isso quer dizer que, no futuro, poderemos construir escudos melhores para proteger astronautas dos raios cósmicos, um dos maiores impedimentos para as longas viagens no espaço, até Marte e além.

Fonte: Revista Veja

Planeta-anão Haumea tem água cristalizada

Astrônomos europeus anunciaram nesta semana que o planeta-anão Haumea é coberto por água cristalizada.

© France Presse (ilustração do planeta-anão Haumea e suas luas)

Haumea, antes conhecido astronomicamente como 2003 EL61, é um planeta-anão do tipo plutóide, localizado a 43,3 UA do Sol e um dos maiores objetos estelares do chamado cinturão Kuiper. Ele possui características pouco comuns, tais como a rápida rotação (duração do “dia” é de apenas 4 horas), elongação extrema e albedo (medida da refletividade da superfície de um corpo) elevado devido a gelo de água cristalina na superfície. Sua massa é estimada em apenas 32% da massa de Plutão.

Apesar de ser conhecido desde 2004, ainda permanece um mistério para os pesquisadores. Até hoje há poucas informações sobre o objeto.

Haumea tem dois satélites naturais, Hi'iaka e Namaka, que se acredita terem se formado a partir de uma colisão. Seus diâmetros variam entre 100 e 400 quilômetros, e suas distâncias ao planeta anão entre 9.000 e 60.000 quilômetros.

O planeta-anão ganhou o nome de Haumea em homenagem a uma deusa da fertilidade cultuada no Havaí e chama a atenção por seu formato ovalado.

Fonte: Astronomy & Astrophysics

Planetas extrassolares com órbita retrógrada

Há pouco mais de um ano, astrônomos descobriram exoplanetas com órbitas retrógradas, ou seja, que giram na direção contrária à rotação de suas estrelas.

© Lynette Cook (movimento retrógrado de exoplaneta)

Isso veio contrariar frontalmente a teoria corrente de formação estelar e planetária, que propõe que os planetas se formam a partir do disco de poeira do qual a própria estrela se formou. Portanto, os planetas deveriam sempre girar na mesma direção da estrela.

Agora, uma equipe coordenada pelo astrofísico Frederic A. Rasio, da Universidade Northwestern (EUA) elaborou o primeiro modelo que tenta explicar não apenas as órbitas retrógradas, mas também o fato de que a órbita de alguns exoplanetas é inclinada, ou seja, não forma um plano com o equador da estrela.

Tentativas anteriores de explicar o fenômeno pela influência de outras estrelas, em sistemas binários e até ternários, não obtiveram sucesso.

Usando simulações em computador, Rasio e seus colegas notaram perturbações gravitacionais produzidas por um planeta do mesmo sistema, mas muito mais distante. Estas perturbações mútuas podem alterar as órbitas, como nesses sistemas extrassolares.

Em seu modelo através da mecânica orbital, os pesquisadores supõem uma estrela semelhante ao Sol e um sistema com dois planetas.

O planeta mais interno é um gigante gasoso semelhante a Júpiter que, inicialmente, está longe da estrela, onde se acredita que planetas tipo Júpiter se formem.

O planeta exterior também é bastante grande e está mais distante da estrela do que o primeiro. Ele interage com o planeta interior, perturbando sua órbita, fazendo oscilar todo o sistema.

Os efeitos sobre o planeta mais interno são fracos, mas eles se acumulam ao longo de um período muito longo de tempo, resultando em duas mudanças significativas no sistema: o gigante gasoso interior se aproxima muito da estrela e sua órbita assume a direção oposta do giro da estrela.

As mudanças ocorrem, de acordo com o modelo, porque as duas órbitas estão trocando momento angular, e o planeta interior perde energia através de fortes efeitos de maré.

O acoplamento gravitacional entre os dois planetas faz com que o planeta mais interno entre em uma órbita excêntrica, em forma de agulha. Ele perde uma grande quantidade de momento angular, transferindo-o para o planeta exterior.

A órbita do planeta mais interno encolhe gradualmente porque a energia é dissipada através das marés, que o atraem para mais perto da estrela, transformando-o em um Júpiter quente.

Isso significa que o planeta irá alterando gradualmente sua órbita, passando por uma órbita polar e, finalmente, assumir uma órbita retrógrada.

Para validar o modelo, novas observações astronômicas deverão encontrar planetas com amplas e variadas inclinações, ao longo de seu caminho para uma órbita invertida.

A vantagem do novo modelo é que ele corrobora a teoria de formação planetária atual, uma vez que os planetas poderiam se formar do disco protoplanetário, girando no mesmo sentido da estrela e, só mais tarde, inverterem sua órbita.

Fonte: Nature

Erupção inédita de luminosidade no espaço

A Nebulosa do Caranguejo impressionou os astrônomos ao emitir uma quantidade inédita de raios gama, uma forma de energia extremamente luminosa.

© Chandra (Nebulosa do Caranguejo)

A Nebulosa do Caranguejo consiste em detritos de uma estrela supernova que foi destruída em uma explosão. O que motivou a erupção sem precedentes de raios gama, ocorrida em meados de abril, é um grande mistério para os cientistas.

Aparentemente, ela vem de uma pequena área da nebulosa, há tempos considerada uma fonte constante de luz. A novidade é que o telescópio Fermi, que observa a nebulosa, detectou uma atividade luminosa ainda mais intensa na estrutura.

A emissão de raios gama durou cerca de seis dias, alcançando níveis 30 vezes maiores que o normal e, em alguns momentos, com variações a cada hora.

© NASA/Fermi (aumento na emissão de raios gama)

O fenômeno foi descrito no III Fermi Symposium que está acontecendo em Roma. Há fontes de luz em abundância no céu, mas o telescópio Fermi é programado para medir apenas os raios gama.

Eles emanam dos ambientes mais extremos do Universo e são decorrentes dos processos mais violentos, como a explosão de uma supernova. A nebulosa foi observada pela primeira vez por John Bevis em 1731, que corresponde a brilhante supernova SN 1054 registrada por astrônomos chineses e árabes em 1054.

No coração da nuvem colorida e brilhante de gás é possível observar um pulsar - uma estrela que emite ondas de rádio em impulsos repetidos regularmente. Mas, até o momento, nenhum dos componentes já conhecidos da nebulosa é capaz de explicar a luminosidade observada pelo Fermi.

© NASA (dados da emissão de raios-X)

"Tem de haver outra fonte para esses raios gama altamente energéticos. São necessários cerca de seis anos para a luz cruzar a nebulosa, então essas erupções têm de ser produzidas em uma região bem compacta em comparação com o tamanho da nebulosa", diz Roger Blandford, diretor de um Instituto de Astrofísica e Cosmologia nos EUA.

Desde seu lançamento, há quase três anos, o Fermi já identificou três dessas erupções. As duas primeiras foram relatadas no início deste ano na reunião da Sociedade Astronômica Americana.

Essas erupções liberam raios gama com energia de mais de 100 MeV (milhões de elétron-volts). Mas a erupção mais recente da Nebulosa do Caranguejo é mais de cinco vezes mais intensa do que qualquer outra emanação de luz já observada.

A principal suspeita do fenômeno até agora é de que, em uma região próxima ao pulsar, intensos campos magnéticos vão em direções opostas, reorganizando-se repentinamente e acelerando partículas a uma velocidade próxima à da luz.

À medida que eles se movem em caminhos curvados, as partículas emitiriam os raios gama observados no Fermi.

O telescópio foi lançado em 2008, e é uma parceria da NASA com alguns países europeus e asiáticos. Seu nome é uma homenagem a Enrico Fermi, físico ítalo-americano que trabalhou no desenvolvimento do primeiro reator nuclear e que recebeu o Nobel de Física em 1938 por sua pesquisa sobre a radiatividade.

Fonte: NASA

Imagem do asteroide Vesta pela sonda Dawn

A NASA divulgou a primeira imagem feita pela sonda especial Dawn do asteroide gigante Vesta.

© NASA (asteroide Vesta)

A expectativa é que a nave comece a orbitar o asteroide em 16 de julho, quando estará a 188 milhões de km da Terra.

Dawn foi lançada há quase quatro anos, em setembro de 2007, e possui a longa e lenta missão de revelar segredos do Sistema Solar por meio do estudo do asteroide Vesta e do planeta-anão Ceres, devendo percorrer 5 bilhões de km ao final da missão.

A imagem registrada pelas câmeras da sonda foi feita no dia 3 de maio e o asteroide aparece como uma luz brilhante, cercado de estrelas ao fundo. Vesta passui cerca de 520 km de diâmetro, sendo o terceiro maior asteroide do Sistema Solar. Telescópios espaciais já obtiveram imagens do objeto brilhante, mas com pouca riqueza de detalhes.

A sonda espacial leva instrumentos fotográficos e científicos para estudar a superfície do asteroide e analisar sua força gravitacional. A objetivo da missão da Dawn é ajudar a compreender os primeiros momentos da aparição do Sistema Solar, há 4,6 bilhões de anos.

Fonte: NASA

O carbono primordial que originou a vida

Praticamente todos os elementos químicos mais pesados do que o hélio exigem as condições extremas encontradas no interior das estrelas para se formarem.

© Hubble (galáxia M64)

No caso do carbono - um elemento fundamental para a vida na Terra - é necessário que seu núcleo passe por um certo estado intermediário especial, para que ele possa se formar no interior das estrelas,

Esse estado - chamado estado de Hoyle - é uma forma do núcleo de carbono rica em energia, uma espécie de passo intermediário entre o núcleo de hélio e o núcleo de carbono, muito mais pesado.

O problema é que os cientistas vinham tentando calcular o estado de Hoyle há quase de 60 anos, sem sucesso.

Se o estado de Hoyle não existisse, as estrelas poderiam gerar apenas quantidades muito pequenas não apenas do carbono, mas também de outros elementos mais pesados, como oxigênio, nitrogênio e ferro.

Ou seja, sem esse passo intermediário, o Universo não seria mais do que uma massa gasosa ou gelatinosa, com muito poucos elementos pesados.

Sem esse tipo específico de núcleo de carbono, a vida como a conhecemos não teria sido possível - e, eventualmente, nem mesmo o Universo como o conhecemos.

Mas a vida e o Universo existem, com todos os elementos pesados - logo, a peça que faltava ao quebra-cabeças deveria estar em algum lugar.

O processo de formação do carbono no interior das estrelas é chamado processo triplo alfa: duas partículas alfa, que são núcleos de hélio, reagem para formar o berílio-8, que, por sua vez, reage com uma terceira partícula alfa para formar o carbono-12.

© Wikipédia (processo triplo alfa)

Esse, contudo, não é o carbono-12 que conhecemos hoje, mas um estado especial de alta energia, ou estado de Hoyle.

O estado de Hoyle não é exatamente um átomo, mas um estado de ressonância, o que significa que ele não pode ser localizado espacialmente e tem uma meia vida finita, determinada pela energia que falta para o limite de emissão da partícula.

Apenas 1 em cada 2.500 estados de ressonância vão de fato decair e gerar um carbono-12 estável, como o conhecemos.

Fred Hoyle previu o estado de ressonância em 1954 e alguns anos depois experimentalistas comprovaram sua existência.

Mas, até agora, ninguém havia conseguido entender exatamente o estado de ressonância e descrevê-lo matematicamente.

"As tentativas de calcular o estado de Hoyle têm fracassado desde 1954. Mas agora, nós conseguimos," comemora o Dr. Ulf-G. Meibner, da Universidade de Bonn, na Alemanha.

Segundo os pesquisadores, esses cálculos vinham fracassando porque não se estava adotando uma precisão suficiente paras as forças atuando entre os diversos núcleos - é o que os cientistas chamam de cálculos de primeiros princípios, que partem das forças mais fundamentais da natureza para simular a evolução, neste caso, dos átomos de carbono.

Depois de uma semana ininterrupta de uso de um supercomputador, os cientistas obtiveram resultados que coincidem tão bem com os dados experimentais que eles acreditam ter de fato calculado o estado de Hoyle.

"Agora nós podemos analisar esta forma essencial do núcleo de carbono em cada detalhe," diz o Dr. Meibner. "Nós iremos determinar seu tamanho e sua estrutura. E isso também significa que agora poderemos analisar em detalhes toda a cadeia de formação dos elementos químicos."

Durante décadas, o estado de Hoyle foi o melhor exemplo para a teoria de que as constantes fundamentais da natureza devem ter precisamente os seus valores verificados experimentalmente, e não quaisquer outros, pois, caso contrário, não estaríamos aqui para observar o Universo - este é o chamado princípio antrópico.

"Para o estado de Hoyle, isso significa que ele deve ter exatamente a quantidade de energia que ele tem, ou então nós não existiríamos", afirma o Dr. Meibner. "Agora nós podemos calcular se, em um mundo diferente, com outros parâmetros, o estado de Hoyle teria de fato uma energia diferente quando comparado com a massa de três núcleos de hélio."

Se o estado de Hoyle foi de fato obtido, os cálculos validariam o princípio antrópico.

Fonte: Physical Review Letters

O fator buraco negro

O que surgiu primeiro, os buracos negros ou as galáxias? Esta é a pergunta que João Evangelista Steiner, professor do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (USP) procurou responder na palestra “Buracos negros: sementes ou cemitérios de galáxias?”.

© NASA (ilustração de um buraco negro)

No encontro realizado no dia 5, o coordenador do Instituto Nacional Avançado de Astrofísica – um dos INCTs apoiados em São Paulo pela FAPESP e pelo CNPq –, destacou os avanços nos últimos dez anos na área, como a confirmação da existência de um buraco negro supermassivo no centro da Via Láctea, a medida do momento angular dos buracos negros estelares e supermassivos e o paradigma da coevolução entre galáxias e buracos negros.

De modo geral, buracos negros são objetos espaciais compactados cuja superfície possui aceleração infinita, tornando-a irresistível. Devido a esse fenômeno, toda matéria próxima a um buraco negro é capturada.

“Até mesmo a luz próxima é capturada. O espectador não enxerga nada, pois a matéria (gás) ou qualquer outro tipo de informação produzida dentro dele não consegue escapar à superfície de singularidade de aceleração. Para quem o vê de fora, o objeto é um buraco negro, onde tudo entra e nada sai”, exemplificou Steiner.

Atualmente, os buracos negros são divididos em duas categorias: estelares e supermassivos. Na primeira, são alimentados por uma estrela vizinha. “Como esses fenômenos galácticos não emitem qualquer tipo de luz, a medição do espectro só é possível quando se encontra em um sistema binário, isto é, quando há uma estrela companheira. Nesse caso, o buraco negro suga a matéria dela”, disse Steiner.

O primeiro objeto encontrado na Via Láctea com essa característica foi uma fonte, confirmada em 1973, de raios X denominada Cygnus X-1. “Ela se mostrou tão densa que ou poderia ser uma estrela de nêutrons – aquelas cuja densidade pode chegar a 10 trilhões de vezes a da água [que tem 1g/cm³] e estão associadas a explosões de supernovas – ou um buraco negro. Mas, ao medir sua massa, os cientistas observaram que era algo muito maior do que uma estrela de nêutrons”, contou.

Os buracos negros estelares têm entre 5 e 20 vezes a massa do Sol e são originados pela explosão de uma estrela. Estima-se que a temperatura atinja em torno de 100 milhões a 1 bilhão de Kelvin, devido ao processo de transformação de energia potencial gravitacional em térmica e, finalmente, luminosa.

Dos bilhões de estrelas na Via Láctea, calcula-se que existam cerca de 10 milhões de buracos negros estelares. Até agora, os cientistas conseguiram identificar apenas 20. “Se eles não estiverem em sistema binário, não teremos nem como observá-los”, disse Steiner.

© ESO (a galáxia NGC 300 abriga o maior buraco negro existente)

Evidências da outra categoria, os supermassivos, surgiram na mesma época dos estelares. Os buracos negros supermassivos podem chegar a 4 bilhões de vezes a massa do Sol e estão sempre localizados no centro de galáxias devido à gravidade.

“A ideia dos supermassivos surgiu com a descoberta dos quasares, objetos extremamente luminosos e compactos, capazes de brilhar mais que uma galáxia inteira, mas com o volume de um sistema solar”, pontuou Steiner. Já foram identificadas e calculadas as massas de 50 buracos negros desse tipo.

Entre os avanços da década na astrofísica dos buracos negros citados por Steiner, o mais recente é a medição do momento angular, ou seja, o quanto ele gira em torno do próprio eixo. “Medir o momento angular é ainda mais difícil do que calcular a massa desses fenômenos galácticos”, disse.

De todos os buracos negros conhecidos, de ambas as categorias, sabe-se o momento angular de apenas 13 deles, sendo oito estelares e cinco supermassivos. “Quase todos giram com velocidade máxima, ou seja, têm o momento angular próximo de 1. Apenas um deles apresentou resultado inferior a 0,5”, disse.

De acordo com o professor do IAG-USP, há anos se especulava sobre a existência de um buraco negro supermassivo desativado no centro da Via Láctea. “Se ela tivesse um buraco negro capturando gás, seria facilmente visível, pois ele estaria produzindo uma grande quantidade de energia que poderia ser observada. Mas isso não ocorre”, destacou.

Para Steiner, essa característica física se configura num quasar morto e que justifica o motivo pelo qual outros buracos negros supermassivos ainda não foram identificados.

A confirmação desse objeto desativado veio em 2002 com a publicação de um estudo da órbita de uma estrela vizinha. O objeto escuro, que possui 4 milhões de massas solares, foi observado por um grupo de cientistas durante 15 anos. “Cedo ou tarde, uma das estrelas que giram em torno desse objeto irá colidir e liberar gás suficiente para libertar o quasar”, disse.

Outra descoberta recente da astrofísica dos buracos negros é o paradigma sobre a evolução desses fenômenos, que explica por que todas as galáxias têm um buraco negro em seu centro.

Steiner explicou que existe uma correlação entre a massa do buraco negro e a massa da galáxia que o hospeda. A galáxia sempre tem 500 vezes mais massa do que seu buraco negro. “Essa é a regra. O buraco negro determina a evolução da galáxia e vice-versa. Ambos coevoluiram desde o Big Bang”, disse.

O astrofísico destacou que se não existissem os buracos negros as galáxias não existiriam ou elas não teriam as configurações que conhecemos hoje. “Para compreender o Universo, temos que levar em consideração o fator buraco negro. Ele tem um papel fundamental e é esse o paradigma da coevolução”, disse.

Fonte: FAPESP (Agência)

Um buraco negro espelhado

Há quase meio século os astrofísicos catalogam regiões do espaço tão densas e compactas, dotadas de um enorme campo gravitacional, que delas nada escapa, nem a luz.

© Aurore Simonnet/NASA (ilustração de um buraco negro)

Até agora foram identificados buracos negros, como são denominados genericamente esses pontos do Universo em que o espaço e tempo se encontram deformados, dos mais variados tipos e tamanhos. Para ficar apenas em dois casos extremos, pouco mais de 1% das estrelas conhecidas pode, no final de sua vida, virar pequenos sugadores de matéria e a maioria das galáxias, talvez até todas, abriga no seu interior buracos negros supermassivos, com massa superior à de milhões ou bilhões de sóis.

Um forte indício da existência de mais uma variante desses objetos de natureza singular foi obtido pelo astrofísico João Steiner, da Universidade de São Paulo (USP), e dois de seus alunos de doutorado, Tiago Ricci e Roberto Menezes, ambos bolsistas da FAPESP.  Por meio do emprego de um sofisticado método de análise de dados tridimensionais, inventado por eles mesmos, os pesquisadores encontraram um buraco negro espelhado –  ou seja, um buraco negro e sua imagem projetada num cone de íons de hidrogênio que se comporta como um espelho –  no centro da NGC 7097, galáxia elíptica situada na constelação austral de Grus, a aproximadamente 105 milhões de anos-luz da Terra. “É a primeira vez que se registra esse fenômeno, previsto antes apenas em teoria”, diz Steiner, que vai publicar um artigo sobre o achado na revista científica Astrophysical Journal Letters.

© IAG-USP/GEMINI (o que foi visto no centro da galáxia NGC 7097)

O buraco negro e sua imagem se encontram tão próximos que é quase impossível distingui-los. A distância que os separa é da ordem de 20% de um segundo de arco. Medida usada em astronomia, um segundo de arco equivale a 1/3.600 de um ângulo com um grau de comprimento. Em outras palavras, um nada se interpõe entre o objeto real e o virtual. “Nosso método permite ver dois pontos no centro da galáxia onde outras técnicas enxergam apenas um”, afirma Steiner.
Por definição, um buraco negro não pode ser observado em nenhum dos comprimentos da onda eletromagnética. Não há, portanto,  prova cabal  de sua existência, apenas indícios indiretos. Pouco antes de ser engolida pelo buraco negro, a matéria está tão aquecida que libera energia na forma de radiação, como raios X.  Fontes misteriosas ou inexplicadas de radiação em certos pontos do Universo, como no centro de galáxias com um núcleo ainda ativo, são interpretadas pelos astrofísicos como associadas a buracos negros.
No caso da NGC 7097, as evidências da presença de um objeto com essas características foram captadas por um espectrógrafo de campo integral instalado no telescópio Gemini Sul, situado em Cerro Pachon, no Chile, projeto internacional do qual o Brasil é um dos sócios. O instrumento gera informações extremamente detalhadas sobre o céu e o objeto observado na forma de um cubo de dados, em 3D.  Duas dimensões do cubo são espaciais: imagens bidimensionais que representam a altura e a largura da região analisada. A terceira dimensão, equivalente à profundidade, é dada na forma de um gráfico do espectro, das chamadas linhas de emissão de energia, obtido do objeto estudado. Esse tipo de espectrógrafo produz tanta informação que a extração de dados relevantes para estudos científicos é apenas parcial, e não otimizada de forma matemática.
Para contornar essa limitação, Steiner e seus alunos criaram há dois anos um método estatístico de análise dos chamados componentes principais dos cubos de dados.Inspirada levemente na tomografia usada na medicina, a técnica filtra os registros produzidos pelo espectrógrafo e  resume e ordena 99,9% dos dados na forma de um conjunto de cinco imagens e seus respectivos gráficos. Apenas a primeira foto contém 99,53% da informação do cubo de dados. Juntas, a segunda, terceira, quarta e quinta imagens representam o restante 0,46%.
A título de exemplo, a imagem que revelou o espelho com a projeção do buraco negro da NGC 7097 equivale a 0,02% da informação contida no cubo de dados sobre a galáxia.

A técnica pode ser útil para trazer à tona fenômenos sutis do Universo. “Ela pode revelar um sinal fraco ‘escondido’ no meio de outro mais forte, como é o caso da assinatura de buracos negros supermassivos no centro das galáxias, onde a luz é dominada pela emissão das estrelas”, afirma a astrofísica Thaisa Storchi-Bergmann, da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), que também usa o método.

Fonte: FAPESP (Pesquisa)

Tempestade de gás varrendo galáxia

O telescópio especial Herschel da ESA (agência espacial europeia), registrou imagens de tempestades de gás molecular varrendo o centro de galáxias.

© ESA (ilustração de galáxia com escape de gás molecular)

Os ventos sopram a uma velocidade de 1 mil km/s, sendo milhares de vezes mais rápidos que os furacões.

Essa é a primeira vez que as tempestades de gás molecular foram observadas em profundidade nas galáxias. "Com o Herschel, nós agora temos a chance de estudar o que essas tempestades significam para a evolução das galáxias", disse Eckhard Sturm, um dos autores do estudo.

A observação mostra que as galáxias mais ativas contém ventos descomunais, que podem impedir a formação de novas estrelas porque "roubam" a matéria-prima necessária, o reservatório de gás molecular da galáxia.

Segundo os pesquisadores, os ventos podem ser gerados pela intensa emissão de luz e partículas de estrelas jovens, por ondas de choque da explosão de estrelas velhas e ainda pela radiação emitida com os redemoinhos de matéria ao redor do buraco negro.

Fonte: ESA

Campos magnéticos cósmicos

Os campos magnéticos desempenham importante função na formação de estrelas, permitindo que uma protoestrela perca momento angular.

© MPIfR (rádio polarizado e campo magnético da NCC 6946)

O movimento de rotação da protoestrela é retardado por uma força de arraste, provocado pelo campo magnético, contra o disco de acreção circundante.

Os discos de acreção ao redor de estrelas com a dimensão dos buracos negros criam jatos que injetam material ionizado e quente no meio interestelar, enquanto que a região central de buracos negros supermassivos pode criar jatos que injetam esse material para o meio intergaláctico.

No interior das galáxias, os campos magnéticos surgem a partir do fluxo turbulento de material ionizado, talvez mais agitado devido às explosões de supernovas.

© MPIfR (emissão em rádio e campo magnético da NGC 1097)

Os campos magnéticos primordiais podem ser ampliados ainda mais por um efeito do dínamo de corrente, sendo atraídos para o fluxo de rotação da galáxia.

Na escala galáctica os campos magnéticos são muitas vezes vistos em padrões espirais, formando-se em toda a galáxia de disco, e também evidenciando alguma estrutura vertical.

Os campos magnéticos podem ser indiretamente identificados através da polarização da luz, do efeito Zeeman ou da rotação de Faraday.

A força média, entre clusters galácticos, dos campos magnéticos tem valores na ordem 3 x 10^-6 G (gauss). A média do campo magnético da Terra é de 0,5 G e um ímã de geladeira é de cerca de 50 G. No entanto, esses campos entre clusters oferecem a oportunidade de rastrear interações passadas entre as galáxias e possibilita a determinação da função exercida dos campos magnétios no início do Universo, especialmente na formação das primeiras estrelas e galáxias.

Fonte: Instituto Max-Planck e Universe Today

Asteroide gigante passará próximo da Terra

Um asteroide gigante que se move em direção à Terra vai passar por nosso planeta entre 8 e 9 de novembro de 2011.

© NASA (animação da trajetória do asteroide YU55)

O asteroide 2005 YU55 foi descoberto no dia 28 de dezembro de 2005 por Robert McMillan, do Programa de Observação Espacial, perto de Tucson, no Arizona, Estados Unidos.

O asteroide possui quase 400 m de largura e pesa 55 milhões de toneladas, sendo o maior objeto a se aproximar tão perto da Terra. O objeto quem tem um período de 14 meses, vai passar a uma distância de 324 mil km da Terra. Essa distância é mais próxima da Terra que a Lua, que orbita a mais de 384 mil km.

O asteroide vai poder ser visível com pequenos telescópios. O corpo celeste não representa perigo para o nosso planeta, mas poderá revelar detalhes importantes do Sistema Solar.

Fonte: NASA

Sonda confirma teoria de Albert Einstein

O físico Albert Einstein apresentou a Teoria da Relatividade Restrita em 1905 e a teoria Geral da Relatividade em 1915, mudando para sempre nosso entendimento do Universo.

© Cosmo Novas (distorção do espaço-tempo por corpos massivos)

Agora, a NASA anunciou que a sonda Gravity Probe B confirmou a Teoria Geral da Relatividade, que indaga que a presença de matéria provoca distorções no espaço e no tempo. A missão Gravity Probe B é liderada pelo físico Francis Everitt da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos.
A Gravity Probe B foi lançada em Abril de 2004, em uma órbita de mais de 600 km sobre a Terra. A bordo, quatro giroscópios extremamente precisos, construídos seguindo as idéias de Leonard Schiff. Mais de 40 anos antes, em 1959, Schiff havia proposto que a presença do espaço-tempo poderia ser verificada com a utilização de giroscópios. A sonda também possuía um telescópio precisamente apontado para uma estrela-guia, a IM Pegasi.
Seguindo apenas as Leis de Newton, um giroscópio situado na órbita terrestre deverá ficar perfeitamente fixo. Mas se o espaço-tempo curva-se pela ação de uma força gravitacional, o giroscópio, devido à sua inércia natural, deverá mover-se com ele, previsão feita por Einstein. Foi preciso esperar bastante pelo desenvolvimento da tecnologia necessária para construir esses giroscópios com a precisão necessária.

© NASA (ilustração da sonda medindo a curvatura do espaço-tempo)

A Gravity Probe B foi construída para testar dois efeitos previstos por Einstein: o efeito geodésico - como a Terra curva o espaço-tempo - e o efeito de arrasto - como a rotação da Terra distorce o espaço-tempo ao seu redor. Seguindo a teoria de Einstein, o efeito geodésico deve causar uma inclinação de 0,0018 graus nos giroscópios. Já o efeito de arrasto de referenciais deve causar uma inclinação de 0,000011 graus. Em órbita, a sonda mediu a distorção provocada pela massa do planeta Terra.

As tecnologias criadas para desenvolver a sonda gravitacional foram utilizadas posteriormente para elaborar os sistemas de posicionamento global (GPS) e o cálculo da radiação de fundo do Universo, que é a base da teoria do Big Bang e concedeu o prêmio Nobel a John Mather, da NASA.

As medições da sonda se aproximam significativamente com as projeções de Einstein, de acordo com as descobertas publicadas na revista científica Physical Review Letters.

Fonte: NASA

Duas imagens de uma galáxia deformada

A galáxia do Gancho de Carne ou NGC 2442, situada na constelação austral do Peixe Voador é facilmente reconhecida pelos seus braços em espiral assimétricos. Pensa-se que a aparência distorcida da galáxia se deve à interação gravitacional com outra galáxia em determinado momento da sua evolução - embora até agora os astrônomos não tenham conseguido identificar de forma clara esse outro objeto.

© ESO (NGC 2442)

Esta imagem de campo largo, obtida com o instrumento Wide Field Imager montado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros em La Silla, Chile, mostra muito claramente o duplo gancho que dá a esta galáxia a sua alcunha. Esta imagem mostra igualmente outras galáxias próximas de NGC 2442 e outras ainda, mais distantes, que formam um pano de fundo bastante rico. Embora o instrumento Wide Field Imager no solo não consiga atingir a nitidez das imagens do Hubble no espaço, pode no entanto cobrir uma área muito maior do céu numa única exposição. Estes dois instrumentos fornecem muitas vezes aos astrônomos informações complementares entre si.
Uma imagem de perto obtida com o Telescópio Espacial Hubble da NASA/ESA mostra o núcleo da galáxia e o mais compacto dos dois braços em espiral. Em 1999 uma estrela de grande massa no final da sua vida explodiu neste braço sob a forma de supernova. Comparando observações mais antigas feitas a partir do solo, imagens do Hubble de 2001 e estas imagens obtidas no final de 2006, os astrônomos puderam estudar em detalhe o que aconteceu à estrela nos seus últimos momentos. Na altura da obtenção desta imagem a própria supernova já se desvaneceu e não é visível.
As observações do ESO também destacam a outra ponta do ciclo de vida das estrelas relativamente ao Hubble. Pontilhadas ao longo da galáxia e particularmente no mais comprido dos braços em espiral, encontram-se zonas vermelho/rosa. Esta cor vem do gás de hidrogênio nas regiões de formação estelar: à medida que a forte radiação das estrelas recém-nascidas excita o gás nas nuvens a partir das quais elas se formaram, este gás brilha intensamente em tons de vermelho. 
A interação com outra galáxia que originou a estranha forma assimétrica da Galáxia do Gancho de Carne pode também, e muito provavelmente, ter originado este recente episódio de formação estelar. As mesmas forças de maré que deformaram a galáxia alteraram as nuvens de gás dando origem ao seu colapso gravitacional.

Fonte: ESO

Colisão de asteroides vista por telescópios

No ano passado, astrônomos notaram que um asteroide, chamado (596) Scheila, estava apresentando um brilho repentino e algumas emanações ligeiras, semelhantes aos jatos emitidos pelos cometas.

© NASA (imagem em ultravioleta e visível do asteroide Scheila)

Agora, dados dos telescópios espaciais Hubble e Swift mostraram que esse comportamento inesperado ocorreu porque o Scheila foi atingido por um asteroide até então desconhecido, mas muito menor. O asteroide Scheila, que mede pouco mais de 113 quilômetros de diâmetro, foi descoberto em 1906. Ele tem aproximadamente 70 km de diâmetro e orbita o Sol a cada cinco anos.

"As colisões de asteroides produzem fragmentos de rochas, de gigantescos blocos até uma fina poeira, que acabam se chocando com os planetas e suas luas," explica Dennis Bodewits, astrônoma da Universidade de Maryland, que analisou as imagens do telescópio Swift. "Mesmo sendo comuns, esta é a primeira vez que fomos capazes de observar uma colisão poucas semanas depois do impacto, antes que as evidências se dissipassem."

© NASA (asteroide Scheila circundado por uma nuvem de partículas)

"Os dados do Hubble podem ser explicados por um impacto, a 18.000 km/h, com um asteroide desconhecido medindo cerca de 30 metros de diâmetro," afirmou David Jewitt, cientista da Universidade da Califórnia, que analisou o outro conjunto de dados.

Foi o Hubble que detectou a primeira colisão entre asteroides em 2009, que produziu um rastro espetacular em forma de X.

Os astrônomos calculam que o impacto ocorreu em um ângulo de 30 graus, criando uma cratera de 300 metros de diâmetro no asteroide Scheila, o que arremessou para o espaço cerca de 660.000 toneladas de detritos.

Isto é 10.000 vezes mais do que o material ejetado quando a sonda Impacto Profundo chocou-se contra o cometa Tempel 1.

Fonte: Astrophysical Journal Letters