3583: What happened before the Big Bang?


The Big Bounce theory was once thought impossible. But two physicists have just resurrected it.

An artist’s interpretation of the Big Bang.
(Image: © Scott Wiessinger (USRA): Lead Producer Aaron E. Lepsch (ADNET): Technical Support Krystofer Kim (USRA): Lead Animator)

In the beginning, there was an infinitely dense, tiny ball of matter. Then, it all went bang, giving rise to the atoms, molecules, stars and galaxies we see today.

Or at least, that’s what we’ve been told by physicists for the past several decades.

But new theoretical physics research has recently revealed a possible window into the very early universe, showing that it may not be “very early” after all. Instead it may be just the latest iteration of a bang-bounce cycle that has been going on for … well, at least once, and possibly forever.

Of course, before physicists decide to toss out the Big Bang in favor of a bang-bounce cycle, these theoretical predictions will need to survive an onslaught of observation tests.

Bouncing cosmologies

Scientists have a really good picture of the very early universe, something we know and love as the Big Bang theory. In this model, a long time ago the universe was far smaller, far hotter and far denser than it is today. In that early inferno 13.8 billion years ago, all the elements that make us what we are were formed in the span of about a dozen minutes.

Even earlier, this thinking goes, at some point our entire universe — all the stars, all the galaxies, all the everything — was the size of a peach and had a temperature of over a quadrillion degrees.

Amazingly, this fantastical story holds up to all current observations. Astronomers have done everything from observing the leftover electromagnetic radiation from the young universe to measuring the abundance of the lightest elements and found that they all line up with what the Big Bang predicts. As far as we can tell, this is an accurate portrait of our early universe.

But as good as it is, we know that the Big Bang picture is not complete — there’s a puzzle piece missing, and that piece is the earliest moments of the universe itself.

That’s a pretty big piece.

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The conflagration

The problem is that the physics that we use to understand the early universe (a wonderfully complicated mishmash of general relativity and high-energy particle physics) can take us only so far before breaking down. As we try to push deeper and deeper into the first moments of our cosmos, the math gets harder and harder to solve, all the way to the point where it just … quits.

The main sign that we have terrain yet to be explored is the presence of a “singularity,” or a point of infinite density, at the beginning of the Big Bang. Taken at face value, this tells us that at one point, the universe was crammed into an infinitely tiny, infinitely dense point. This is obviously absurd, and what it really tells us is that we need new physics to solve this problem — our current toolkit just isn’t good enough.

Related: 8 ways you can see Einstein’s theory of relativity in real life

To save the day we need some new physics, something that is capable of handling gravity and the other forces, combined, at ultrahigh energies. And that’s exactly what string theory claims to be: a model of physics that is capable of handling gravity and the other forces, combined, at ultrahigh energies. Which means that string theory claims it can explain the earliest moments of the universe.

One of the earliest string theory notions is the “ekpyrotic” universe, which comes from the Greek word for “conflagration,” or fire. In this scenario, what we know as the Big Bang was sparked by something else happening before it — the Big Bang was not a beginning, but one part of a larger process.

Extending the ekpyrotic concept has led to a theory, again motivated by string theory, called cyclic cosmology. I suppose that, technically, the idea of the universe continually repeating itself is thousands of years old and predates physics, but string theory gave the idea firm mathematical grounding. The cyclic universe goes about exactly as you might imagine, continually bouncing between big bangs and big crunches, potentially for eternity back in time and for eternity into the future.

Before the beginning

As cool as this sounds, early versions of the cyclic model had difficulty matching observations — which is a major deal when you’re trying to do science and not just telling stories around the campfire.

The main hurdle was agreeing with our observations of the cosmic microwave background, the fossil light leftover from when the universe was only 380,000 years old. While we can’t see directly past that wall of light, if you start theoretically tinkering with the physics of the infant cosmos, you affect that afterglow light pattern.

And so, it seemed that a cyclic universe was a neat but incorrect idea.

But the ekpyrotic torch has been kept lit over the years, and a paper published in January to the arXiv database has explored the wrinkles in the mathematics and uncovered some previously missed opportunities. The physicists, Robert Brandenberger and Ziwei Wang of McGill University in Canada, found that in the moment of the “bounce,” when our universe shrinks to an incredibly small point and returns to a Big Bang state, it’s possible to line everything up to get the proper observationally tested result.

In other words, the complicated (and, admittedly, poorly understood) physics of this critical epoch may indeed allow for a radically revised view of our time and place in the cosmos.

But to fully test this model, we’ll have to wait for a new generation of cosmology experiments, so let’s wait to break out the ekpyrotic champagne.

Paul M. Sutter is an astrophysicist at SUNY Stony Brook and the Flatiron Institute, host of Ask a Spaceman and Space Radio, and author of Your Place in the Universe.

Originally published on Live Science.

By Paul Sutter – Astrophysicist




3472: Astrónomos descobrem a maior explosão desde o Big Bang


Cientistas descobriram a maior explosão desde o Big Bang: cinco vezes maior do que qualquer outra registada desde o início do universo. O primeiro sinal da explosão foi observado em 2016.

Astrónomos dos EUA e da Austrália descobriram a maior explosão no espaço desde o Big Bang, que deu início ao universo. A explosão libertou cinco vezes mais energia do que a segunda maior explosão registada desde o início do universo e os cientistas avançam que terá tido origem num buraco negro super-massivo, escreve a BBC. O primeiro sinal de explosão foi observado em 2016.

Já vimos explosões nos centros de galáxias antes, mas esta é realmente muito grande”, disse Melanie Johnston-Holitt, professora do Centro Internacional de Pesquisa em Radioastronomia (ICRAR), na Austrália, à Deutsche Welle. “E não sabemos porque é que é tão grande”, acrescentou.

Segundo os cientistas, a explosão já terminou e são agora necessárias observações mais aprofundadas para se determinar o que aconteceu. “Fizemos esta descoberta com a Fase 1 do MWA, quando o telescópio tinha 2048 antenas apontadas para o céu. Em breve, reuniremos observações com 4096 antenas, que devem ser 10 vezes mais sensíveis. Acho isto muito emocionante”, disse Johnston-Hollitt.

A explosão ocorreu a cerca de 390 milhões de anos-luz de distância, no centro do aglomerado de galáxias de Ophiuchus, e foi descoberta graças ao Observatório de raios-X Chandra da NASA, um telescópio espacial, e ao uso de telescópios terrestres e do Observatório Europeu do Sul.

Em 2016, as imagens captadas pelo telescópio espacial revelaram uma curva pouco comum no conglomerado que poderia ser a parede de um buraco, mas uma possível erupção foi descartada pelos cientistas, uma vez que seria necessária uma grande quantidade de energia. Mais recentemente, a curvatura revelou ser realmente um buraco negro.

Os cientistas, no entanto, duvidaram da sua descoberta, devido ao tamanho do buraco, que equivalia a 15 Vias Lácteas – um número elevado em relação à anterior detentora do recorde. Os novos dados do radiotelescópio de baixa frequência australiano Murchison Widefield Array (MWA)  e do radiotelescópio indiano Giant Metrewave Radio Telescope (GMRT) vieram finalmente confirmar as suspeitas.

28 Fev 2020, 10:04




3090: Último Nobel da Física rejeita teoria do Big Bang. “Não temos provas sólidas”


James Peebles, vencedor do Prémio Nobel da Física em 2019, rejeita a teoria do Big Bang, considerando que não há provas sólidas que sustentem que foi uma grande explosão que levou à criação do Universo. 

O cientista de 84 anos, reconhecido pelo seu trabalho no campo da Cosmologia e pelas investigações que levou a cabo sobre a radiação cósmica de fundo, rejeita o termo “Big Bang”, considerando “bastante inapropriado”.

“A primeira coisa que é preciso entender sobre o meu campo é que o seu nome – a teoria do Big Bang – é bastante inadequado“, disse James Peebles, que falava num evento de homenagem aos vencedores do Prémio Nobel, que decorreu a semana passa na embaixada sueca de Washington, nos Estados Unidos.

“Tem um significado sobre a noção de um evento e uma teoria que está completamente errada”, continuou, citado pelo jornal ABC, dando ainda conta que, na verdade, não existem provas de quem uma explosão gigante realmente aconteceu.

O Nobel da Física frisou, em entrevista à agência noticiosa AFP, que não se sabe ainda de forma concreta o que aconteceu no início do Universo. “É uma pena que se pense na origem [do Universo], quando, na verdade, não temos uma boa teoria de algo assim”.

“O que temos é uma teoria comprovada da evolução de um estado inicial para o actual, começando desde os primeiros segundos de expansão”, sustentou Peebles.

Estes primeiros momentos, continuou, são testados graças a assinaturas cosmológicas chamadas “fósseis”, baseadas em hélio e outras partículas resultantes do momento em que o Universo era ainda muito quente e denso. Estes momentos foram bem discutidos e avaliados por diferente testes, mas a fase inicial, reiterou, continua a ser um mistério.

Não temos provas sólidas do que aconteceu antes disso. Temos teorias, mas nenhuma delas está comprovada”, disse o professor emérito da Universidade de Princetown.

“Simplesmente não temos evidências experimentais do que realmente aconteceu”, insistiu o Nobel da Física, dando conta que a Humanidade encontra várias teorias ao compará-las com procedimentos experimentais.

Questionado sobre que nome deveria ser utilizado para descrever o momento de origem, Peebles revelou que acabou por se render ao termo comummente aceite.

Rendi-me, uso [o termo] Big Bang. Mas não gosto (…) Durante anos, alguns de nós tentamos, sem sucesso, convencer a comunidade científica a encontrar um termo melhor. Por isso, Big Bang é o melhor que temos. É lamentável, mas toda a gente conhece esse nome. Assim me rendo”, rematou o cientista canadiano.

Em Outubro passado, James Peebles recebeu o Prémio Nobel da Física por descobertas no campo da Cosmologia, que vem a desenvolver desde da década de 1960, especialmente o o arcabouço teórico para explicar o jovem Universo.

ZAP //

24 Novembro, 2019


2960: Investigadores recriam acidentalmente a detonação do Big Bang



O Big Bang é o fenómeno responsável pelo nascimento do Universo, mas as condições para a explosão ter acontecido ainda não são perfeitamente conhecidas. Agora, uma equipa acredita ter replicado as condições para este evento, de forma acidental.

Uma equipa de cientistas da Universidade da Florida Central, nos EUA, afirma ter descoberto as condições necessárias para a explosão do Big Bang, de forma acidental. Os investigadores, liderados por Kareem Ahmed, estavam a testar métodos para produzir propulsão a jacto quando descobriram que uma chama passiva podia acelerar e explodir.

O professor Ahmed explica que «exploramos estas reacções supersónicas para propulsão e, como resultado, deparamo-nos com este mecanismo que parece muito interessante. Quando continuamos a investigar mais aprofundadamente, apercebemo-nos que isto está relacionado com algo tão profundo quanto a origem do universo», cita o Futurism.

Os cientistas descobriram que a turbulência pode fazer com que uma chama passiva, como a de uma vela, possa auto-acelerar-se e eventualmente detonar. Com este conceito de base, a equipa conseguiu replicar as condições para criar «Pequenos Bangs» que replicam o que se passou na origem do universo.

A descoberta pode ter impacto nas viagens aéreas e espaciais e no aprofundar dos estudos sobre o Big Bang.

Exame Informática
04.11.2019 às 9h24


2430: A matéria escura pode ser mais antiga do que o Big Bang


ESA / XMM-Newton / J-T. Li (Universidade de Michigan) / SDSS

A misteriosa matéria escura, que compõe cerca de 80% de toda a matéria do Universo, pode ser mais antiga do que o Big Bang, sugere uma nova investigação levada a cabo por cientistas da Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos.

Recorrendo a uma estrutura matemática simples, a equipa apresenta uma nova hipótese para o nascimento desta estranha e abundante matéria que intriga os cientistas, apontando ainda como identificá-la através de observações astronómicas.

“O estudo revelou uma nova conexão entre a Física de Partículas e a Astronomia. Se a matéria escura consiste em novas partículas que nasceram antes do Big Bang, estas afectam a forma como as galáxias são distribuídas no céu de uma forma única”, explicou Tommi Tenkanen, pós-doutorado em Física e Astronomia na universidade norte-americana e autor do estudo, citado em comunicado divulgado pelo portal Eureka Alert.

E acrescentou: “Esta conexão pode ser utilizada para revelar a sua identidade e para também retirar conclusões sobre os tempos anteriores ao Big Bang”.

Pouco se sabe sobre a matéria escura. Aliás, os cientistas só sabem da sua existência devido ao efeito gravitacional que causa na matéria visível, denunciando assim o seu “rastro”. Ainda assim, a comunidade científica conseguiu demonstrar que esta matéria desempenha um papel crucial para a formação de galáxias.

Durante muito tempo, os cientistas defenderam que a matéria escura deveria ser uma substância remanescente do Big Bang. Contudo, nenhuma matéria escura foi encontrada até então, apesar das inúmeras investigações levadas a cabo.

Partindo deste facto, os cientistas sustentam na nova investigação, cujos resultados foram esta semana publicados na revista científica especializada Physical Review Letters, que a matéria escura podia já existir antes do grande fenómeno de expansão do Universo.

“Se a matéria escura fosse realmente um remanescente do Big Bang, em muitos casos os cientistas deviam já ter encontrado um sinal directo da matéria escura em diferentes procedimentos experimentais da Física de Partículas”, sustenta Tenkanen.

“Não sabemos o que é a matéria escura, mas se tem algo a ver com partículas escalares (representadas na distribuição espacial de uma magnitude), esta matéria pode ser mais antiga do que o Big Bang. Com o cenário matemático proposto, não precisamos assumir novos tipos de interacções entre matéria visível e escura além da gravidade, uma vez que já sabemos que está lá”.

A ideia de que a matéria escura pode ser mais antiga do que o Big Bang não é nova. No entanto, os cientistas que estudaram a hipótese antes não conseguiram realizar os cálculos para apoiar a teoria. A publicação frisa mesmo que os cientistas sempre negligenciaram o cenário matemático mais simples possível para encontrar as origens da matéria escura.

O mesmo estudo também sugere uma nova forma para testar a origem da matéria escura: observar as assinaturas que esta deixa na distribuição da matéria no Universo.

“Embora este tipo de matéria escura seja muito difícil de ser encontrado em procedimentos com partículas, esta pode revelar a sua presença em observações astronómicas. Em breve, vamos saber mais sobre a origem da matéria escura quando o satélite Euclid for lançado em 2022. Será muito emocionante ver o que revelará sobre a matéria escura e se as suas descobertas podem ser utilizadas para atingir o pico do tempo antes do Big Bang”.

SA, ZAP //

Por SA
10 Agosto, 2019


2070: Cientistas descobriram a galáxia mais solitária de todo o Universo



O nosso canto do Universo tem uma panóplia de galáxias vizinhas brilhantes que iluminam o caminho pelo cosmos. Há um século, espirais e elipses mostraram que a Via Láctea não estava sozinha.

Mesmo os astrónomos anteriores tinham galáxias brilhantes que podiam observar com os seus telescópios. Medindo as velocidades e distâncias dessas galáxias, descobrimos um universo em expansão. Sem elas, poderíamos nunca ter entendido as nossas origens cósmicas: o Big Bang.

Mas nem todas as galáxias são sortudas. A maioria das galáxias agrupa-se em grupos, aglomerados ou ao longo de filamentos, mas algumas residem em regiões sub-densas. A estrutura em larga escala do Universo contém grandes vazios cósmicos, bem como aglomerados excessivamente densos.

Nessas regiões extremamente subdesenvolvidas, entretanto, as galáxias ainda se formam ocasionalmente. Os cientistas encontraram a galáxia MCG+01-02-015, que será provavelmente a galáxia mais solitária de todo o Universo.

As estrelas brilhantes, destacadas pelos picos de difracção em redor delas, estão, na verdade, dentro da nossa própria galáxia. Esta galáxia ultra distante é maior e mais brilhante do que a nossa Via Láctea e contém mais de um trilião de estrelas, talvez cerca de 5 a 10 vezes mais do que a nossa própria galáxia.

Além disso, assim como em muitos locais do Universo, pode ver-se o grande cenário cósmico de galáxias que aparecem em todas as direcções e locais mais amplos que já vimos. Contudo, em todas as residires, não encontramos outras galáxias dentro de cem milhões de anos-luz.

Se tivéssemos crescido nesta galáxia, de acordo com a Forbes, os nossos telescópios não teriam observado outras galáxias até à década de 1960. Talvez sejamos verdadeiramente afortunados.

ZAP //

29 Maio, 2019


1454: O Universo pode ser o “espelho” de um universo paralelo de antimatéria do outro lado do Big Bang

ESO / Ars Electronica / Flickr

O nosso universo pode ser o “espelho” de um universo de antimatéria, que se estende no tempo antes do Big Bang. É a conclusão de uma equipa de físicos no Canadá.

Os cientistas inventaram um novo modelo cosmológico que postula a existência de um “anti-universo” que, emparelhado com o nosso, preserva uma regra fundamental da física chamada simetria CPT. Os investigadores ainda precisam de elaborar muitos detalhes da sua teoria, mas dizem que isto pode explicar a existência da matéria escura.

Os modelos cosmológicos padrão dizem-nos que o universo explodiu há cerca de 14 mil milhões de anos e, desde então, expandiu e levou à formação progressiva de partículas subatómicas, átomos, estrelas e planetas.

Contudo, Neil Turok, do Instituto Perimetral de Física Teórica, reconhece que a confianças destes modelos em parâmetros ad hoc – expressão latina que, em ciência, significa a adição de hipóteses estranhas a uma teoria para salvá-la de ser falseada – significa que se parecem cada vez mais com a descrição de Ptolomeu sobre o sistema solar.

Um desses parâmetros é o breve período de expansão rápida conhecido como “inflação” que pode explicar a uniformidade em grande escala do universo. “Há uma mentalidade em que explica um novo fenómeno ao inventar uma nova partícula ou campo”, disse Turok. “Creio que isso pode acabar por ser errado”.

Em vez disso, Turok e o colega, Latham Boyle, começaram a desenvolver um modelo do universo que pudesse explicar todos os fenómenos observáveis baseados apenas nas partículas e campos conhecidos. Os investigadores perguntaram-se se existe uma maneira natural de estender o universo para além do Big Bang – uma singularidade em que a relatividade geral quebra – e depois sair do outro lado. “Descobrimos que houve”, referiu.

A resposta foi assumir que o universo como um todo obedece à simetria CPT. Este princípio fundamental requer que qualquer processo físico permaneça o mesmo se o tempo for revertido, o espaço invertido e as partículas substituídas por anti-partículas. Turok disse que este não é o caso do universo que vemos ao nosso redor, onde o tempo avança à medida que o espaço se expande, e há mais matéria do que antimatéria.

Turok afirma que a entidade que respeita a simetria é um par universo-anti-universo. O anti-universo estender-se-ia no tempo antes do Big Bang, ficando maior e seria dominado pela antimatéria, além de ter as suas propriedades espaciais invertidas em comparação com aquelas do nosso universo.

O cientistas, que também colaborou com Kieran Finn, da Universidade de Manchester, no Reino Unido, reconhece que o modelo ainda precisa de muito trabalho e é provável que tenha muitos detractores. De facto, ele e os seus colegas “tiveram uma discussão prolongada” com quem reviu o artigo para a Physical Review Letters – onde foi publicado – sobre as flutuações de temperatura no fundo das micro-ondas cósmicas.

Em termos muito amplos, as flutuações acontecem devido à natureza mecânico-quântica do espaço-tempo próximo da singularidade do Big Bang. Enquanto o futuro distante do nosso universo e o passado distante do anti-universo forneceriam pontos fixos (clássicos), todas as possíveis permutações baseadas em quantum existiriam no meio.

Os investigadores contaram as instâncias de cada configuração possível do par de CPT e, a partir disso, o que é mais provável de existir. “Acontece que o universo mais provável é aquele que se parece com o nosso”, diz ele. Turok acrescentou que a incerteza quântica significa que o universo e o anti-universo não são imagens-espelho um do outro.

ZAP // Physics World

7 Janeiro, 2019



1433: Astrónomos descobrem “relíquia cósmica” do Big Bang

(dr) Colaboração TNG
Simulação computorizada de galáxias (laranja) e gás (azul) no Universo

Uma equipa de astrónomos descobriu um raro fóssil cósmico ao identificar uma nuvem de gás que ficou órfã logo após o Big Bang através do telescópio óptico do Observatório W. M. Keck, localizado na cidade havaiana de Maunakea.

A investigação, publicada na passada semana na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society foi levada a cabo por uma equipa de cientistas da Universidade de Tecnologia de Swinburne, na Austrália e oferece novas pistas sobre a formação das primeiras galáxias do Universo.

Para qualquer que olhemos, o gás do Universo é contaminado pelo desperdício de elementos pesados oriundos da explosão de estrelas. Mas esta nuvem em particular parece pura, não contaminada por estrelas, mesmo depois de 1,5 milhões anos após o Big Bang”, explicou o investigador Fred Robert citado em comunicado.

Tal como mostra a imagem simulada acima apresentada sobre as galáxias e o gás existente no Universo, dentro dos filamentos de gás (representados na imagem a azul), que conectam as galáxias (representadas a laranja), há espaço raros de gás puro. Estes “bolsos” inalterados são vestígios dos Big Bang que, de alguma forma, ficaram órfãos das explosivas e poluentes mortes estelares, representadas na imagem como ondas circulares de choque à volta de alguns pontos laranja.

Robert, estudante de doutoramento, liderou a investigação, contando com a colaboração do professor Michael Murphy, também da Universidade de de Tecnologia de Swinburne.

Para a descoberta deste fóssil galáctico, Robert e a sua equipa recorreram a dois instrumentos do Observatório, o Echrette Spectrograph and Imager (ESI) e o Echelle Spectrometer (HIRES) de alta resolução, de forma a conseguir observar o espectro de um quasar atrás da nuvem de gás.

O quasar, que emite uma luz brilhante de material ao cair num buraco negro super-massivo, fornece uma fonte de luz contra a qual as sombras espectrais do hidrogénio podem ser vistas na nuvem de gás.

“Direccionamos a nossa pesquisa para os quasares onde investigadores anteriores só tinham encontrado sombras de hidrogénio e não de elementos pesados em espectros de menor qualidade”, sustentou Robert. E foi a partir destes quasares que permitiram à equipa “descobrir rapidamente um fóssil tão raro recorrendo ao tempo precioso dos dois telescópios ‘gémeos’ do Observatório Keck”.

Até então, só foram descobertas duas outras nuvens fósseis, ambas descobertas em 2011 pela professora Michele Fumagalli da Universidade de Durham, no Reino Unido, por John O’Meara, antigo professor do College of St. Michael, nos EUA, que agora ocupada o cargo de cientista-chefe do Observatório Keck, e pelo professor J. Xavier Prochaska, da Universidade da Califórnia, na cidade norte-americana de Santa Cruz. Fumagalli e O’Meara são também co-autores da nova pesquisa sobre a terceira nuvem fóssil.

“Os dois primeiros [fósseis] foram descobertas fortuitas, pensamos que fossem a ponta do icebergue, mas ninguém descobriu algo semelhante – são claramente muito difíceis de observar. É fantástico finalmente descobrir um sistematicamente”, considerou.

“Agora é possível fazer um levantamento destas relíquias fósseis do Big Bang. [A descoberta] irá dizer-nos exactamente quão raros são, ajudando-nos a perceber por que motivo algumas nuvens de gás formam estrelas e galáxias e outras não”, rematou.

SA, ZAP //

Por SA
21 Dezembro, 2018



1230: Cientistas recriam plasma que existiu durante o Big Bang (e pode explicar explosão de estrelas gigantes)


Duas estrelas de neutrões colidem num enorme big bang

Investigadores no acelerador de partículas recriam plasma de quarks e gluões existentes durante o Big Bang. A descoberta pode explicar as super-novas de estrelas gigantes.

Os blocos de construção de átomos, protões e neutrões são compostos por uma colecção de partículas chamadas quarks e gluões. No entanto, após o Big Bang, o Universo era muito energético e demasiado denso para os quarks e os gluões formarem interacções estáveis.

Em alternativa, o Universo foi preenchido com uma forma de matéria chamada “plasma de quarks e gluões”, onde as partículas poderiam interagir umas com as outras.

Agora, investigadores descobriram como recriar esse plasma de quarks e gluões – inexistente desde o início do Universo – quebrando átomos pesados.

A investigação foi publicada a 22 de Outubro na revista Nature Astronomy, onde o grupo de astrofísicos sugere ainda que as maiores estrelas do Universo também formam algo como o plasma de quarks e gluões quando explodem. Esta teoria está a ser usada para explicar o porquê de existirem tantas super-novas com aparências tão distintas.

Alguns modelos físicos de explosões estelares têm conseguido explicar suficientemente bem aquilo que detectamos no Universo – ajudaram a entender a quantidade de massa necessária antes de uma estrela explodir e descreveram as diferenças entre várias classes de super-novas.

Contudo, estes modelos físicos de explosões estelares deixam de explicar as explosões quando se tratam de estrelas maiores, como por exemplo no caso de super-gigantes azuis que têm dezenas de vezes a massa do Sol.

Estas super-gigantes formam um buraco negro com tanta rapidez que a onda de choque do colapso da estrela não chega a nenhum lugar. Embora haja evidências de que isso aconteça, os cientistas também já assistiram a algumas explosões de grandes estrelas.

Na verdade, segundo o ArsTechnica, o ser humano já assistiu a alguns tipos de super-novas causadas pela morte de estrelas massivas – o que nos diz que o problema está nos modelos utilizados.

Novo estudo

O novo estudo sugere que o problema é a maneira como os modelos actuais lidam com o preciso momento do instante da destruição de uma estrela.

Esse momento é onde os principais eventos acontecem dentro de uma fracção de segundo enquanto as reacções de fusão de uma estrela param de produzir energia suficiente para equilibrar a sua atracção gravitacional.

Nesse preciso momento, o núcleo rico em ferro da estrela colapsa pela atracção da força gravitacional, esmagando os seus átomos num estado extremamente quente e denso – suficientemente quente para, talvez, produzir plasma de quarks e gluões.

Apesar da teoria avançar com essa proposta, é difícil saber ao certo o que realmente acontece. Os cientistas produziram o plasma esmagando átomos muito energéticos de ouro ou de chumbo no acelerador de partículas.

Durante a colisão, as fronteiras entre protões e neutrões dissolvem-se por breves momentos antes de a colisão se dissipar no espaço circundante, criando um spray de partículas bem definidas.

Numa super-nova, as massas solares de material podem atingir densidades de mais de 2,6×1014 gramas por centímetro cúbico (a densidade do chumbo é de 11 gramas/cm3).

Depois desse momento, os cientistas desconhecem aquilo que acontece ao certo, apesar de o trabalho teórico sugerir que essa elevada pressão cria algo a que chamam matéria quark, relacionado com o plasma de quarks e gluões.

As energias e a pressão exacta da transição para essa fase ainda não são claras e os cientistas acreditam ser possível uma mistura de fases em algumas circunstâncias.

Com essas conclusões em vista, os investigadores criaram um modelo mais geral de plasma de quarks e gluões e incluíram uma transição de fase entre a matéria normal e a fase de plasma. Por si só, este novo modelo poderia ter uma ampla variedade de comportamentos, dependendo dos valores escolhidos para alguns dos seus parâmetros.

Assim, os cientistas descobriram formas de rejeitar grandes intervalos de parâmetros – por exemplo, os cientistas não observam no cosmos estrelas de neutrões com muito mais do que duas massas solares de material, portanto, qualquer versão do modelo que as produziu foi descartada.

O mesmo se aplicou a casos onde o modelo, durante a transição de fase, previu uma velocidade de som superior à velocidade da luz.

O modelo também teve de ser consistente com os detalhes de pequenas coisas como as colisões de partículas iónicas pesadas e o comportamento das duas estrelas de neutrões que os cientistas observaram em colisão.

Com as estratégias bem definidas, a equipa construiu um modelo de uma estrela com uma composição equivalente à do Sol, mas com 50 vezes a sua massa.

Quando a quantidade de ferro do núcleo se aproximou de duas massas solares, o núcleo começou a desmoronar e, em seguida, parte dele saltou para fora, numa onda de choque semelhante às criadas na formação de uma estrela de neutrões.

Contudo, essa onda de choque é travada quando a gravidade da estrela de neutrões a puxa para o seu núcleo – e é neste preciso momento em que as super-novas param de explodir.

No novo modelo, o núcleo da estrela de neutrões passa por uma transição de fase de neutrões individuais para um material de quarks e gluões. A estrela de neutrões encolhe repentinamente, o que produz uma segunda onda de choque, expelida à velocidade da luz, soprando o resto da estrela – tudo isto acontece em cerca de 10 segundos.

O resultado final é uma estrela de neutrões inferior a duas massas solares, sendo a maior parte desse material uma forma exótica de matéria de quarks e gluões não ligados.

Várias super-novas

O novo modelo explica vários tipos de super-novas – se a estrela for instável e explodir muitas das suas camadas externas antes de explodir, então o material ejectado pela super-nova irá fazer ricochete e criar um evento extremamente brilhante. Caso a estrela esteja intacta antes de explodir, criará uma evento relativamente fraco.

Sob certas condições, a matéria pode colidir com a estrela de neutrões com rapidez suficiente para superar ambas as ondas de choque e colapsá-la num buraco negro – o modelo previu isso com uma estrela de 25 massas solares.

Todas as evidências criaram uma explicação viável para a maneira como as maiores estrelas explodem.

ZAP //

2 Novembro, 2018



857: Descoberta estrela gigante rica em lítio que pode estar ligada ao Big Bang

Gerd Altmann / pixabay

Astrónomos chineses descobriram uma estrela gigante rica em lítio, um dos elementos químicos considerados presentes no Big Bang. A descoberta pode ajudar a compreender melhor a evolução do universo.

De acordo com um novo estudo, publicado esta segunda-feira na revista Nature Astronomy, a estrela – designada gigante por ter uma luminosidade entre dez e mil vezes mais intensa que a do Sol – foi encontrada na direcção de Ophiuchus, no lado norte do disco galáctico. A “gigante” tem 3.000 vezes mais lítio do que outras estrelas e encontra-se a 4.500 anos-luz da Terra.

Uma equipa de investigadores, liderada por astrónomos dos Observatórios Astronómicos Nacionais da China (NAOC) da Academia Chinesa de Ciências, fez a descoberta com o Espectroscópio de Fibra de Objectos Múltiplos de Grande Área (LAMOST).

O telescópio utilizado pode observar cerca de 4000 corpos celestes em simultâneo, contribuindo massivamente para o estudo da estrutura da galáxia.

O lítio é considerado um dos três elementos químicos sintetizados no Big Bang, juntamente com o hélio e o hidrogénio. A abundância dos três elementos é entendida pela comunidade científica como a prova mais forte da teoria do Big Bang, que defende que o Universo nasceu de um único ponto contido no espaço e que depois se expandiu.

A evolução do lítio tem sido um tema central na pesquisa da evolução do universo e das próprias estrelas. No entanto, é muito raro encontrar estrelas gigantes ricas em lítio, apenas algumas foram encontradas nas últimas três décadas. E, por isso, este estudo assume especial relevância, aponta Zhao Gan, astrónomo do NAOC.

“A descoberta desta estrela aumentou largamente o limite superior já observado de abundância de lítio”, disse Zhao em declarações à Xinhua Net.

A recém-descoberta estrela tem ainda uma massa de quase 1,5 vezes o nosso Sol.

Cientistas de outras instituições, incluindo o Instituto de Energia Atómica da China e a Universidade de Pequim, juntaram-se à equipa de investigação para tentar encontrar uma explicação para o fenómeno rico em lítico. Para isso, recorreram a uma simulação de rede nuclear com os mais recentes dados atómicos.

Os pesquisadores acreditam o elemento em abundância possa ser resultado de um processo especial de troca de material no interior da estrela.

Concluída em 2008, o LAMOST começou a fazer pesquisas regulares em 2012. Ajudou os cientistas chineses a criar um catálogo final com cerca de 10 milhões de espectros durante anos e estabeleceu ainda o maior banco de dados do mundo de espectros estelares.

ZAP // Lusa

8 Agosto, 2018



393: Novo estudo sugere que o tempo já existia antes do Big Bang

Gerd Altmann / pixabay

Será que o Big Bang foi mesmo o começo de “tudo”? Um novo estudo sugere que este evento não foi o início dos tempos, apenas que o Big Bang nos leva a um tipo diferente de início num universo invertido.

Há 90 anos, o astrónomo belga Georges Lemaître propôs que as mudanças observadas na luz de galáxias distantes implicavam que o universo estava em expansão. Se o universo está a ficar maior, isso significa que já foi menor.

Ao “voltar atrás na fita” cerca de 13,8 mil milhões de anos, chegamos finalmente a um ponto no qual o espaço deveria estar confinado a um volume incrivelmente pequeno, também conhecido como “singularidade”.

Há uma série de modelos que os físicos usam para descrever o “nada” do espaço vazio. A relatividade geral de Einstein é um deles: descreve a gravidade em relação à geometria do tecido subjacente do universo.

Mas teoremas propostos por Stephen Hawking e o matemático Roger Penrose, por exemplo, afirmam que as soluções para as equações da relatividade geral numa escala infinitamente densa – como dentro de uma singularidade – são incompletas.

Recentemente, Hawking deu a sua opinião sobre o que havia antes do Big Bang numa entrevista a Neil deGrasse Tyson, na qual comparou as dimensões espaço-tempo do Big Bang com o Polo Sul. “Não há nada a sul do Polo Sul, por isso não havia nada antes do Big Bang”, disse.

No entanto, outros físicos argumentam que há algo além do Big Bang. Uma das propostas, por exemplo, é de um universo espelho do outro lado desse evento, onde o tempo se move para trás.

Na nova pesquisa, os físicos Tim A. Koslowski, Flavio Mercati e David Sloan apresentaram um modelo que ressalta as contradições do Big Bang, conforme a relatividade geral.

Voltando a toda a questão da singularidade, os cientistas reinterpretaram o modelo existente do espaço em expansão, distinguindo o próprio espaço-tempo do “material” nele e chegaram a uma descrição do Big Bang onde a física permanece intacta conforme o estágio em que actua se reorienta.

Em vez de uma singularidade, a equipa chama a isso o “ponto de Janus“, em homenagem ao deus romano com dois rostos.

Antes do ponto de Janus, as posições relativas e as escalas das coisas que compõem o universo efectivamente achatar-se-iam numa “panqueca” bidimensional à medida que voltamos atrás no tempo.

Passando pelo ponto de Janus, essa panqueca torna-se 3D novamente, apenas de trás para a frente.

É como se estivéssemos num universo “invertido”. Os cientistas acreditam que isso poderia ter profundas implicações na simetria da física de partículas, talvez até produzindo um universo baseado principalmente em antimatéria.

Embora essa ideia de inversão não seja nova, a abordagem dos cientistas em torno do problema da singularidade é. “Não apresentamos novos princípios e não modificamos a teoria da relatividade geral de Einstein – apenas a interpretação que é colocada sobre os objectos”, disse um dos cientistas, David Sloan, da Universidade Oxford.

Novos debates e estudos podem avançar nesse sentido. A pesquisa foi publicada na revista científica Physics Letters B em Fevereiro.

ZAP // HypeScience / Science Alert

23 Março, 2018


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341: O que havia antes do Big Bang? Hawking desvenda o enigma

Gerd Altmann / pixabay
No Big Bang, toda a matéria do universo estava condensada numa partícula de matéria incrivelmente densa e quente

O físico britânico Stephen Hawking respondeu no programa StarTalk a um enigma que agita os cientistas há décadas. O que existia antes do Big Bang e do início do nosso Universo?

No momento do Big Bang, toda a matéria do universo estava condensada numa partícula de matéria incrivelmente densa, incrivelmente quente. Mas o que havia antes disso?  O famoso astrofísico Stephen Hawking tem uma resposta para o enigma, que se baseia numa teoria conhecida como “proposta sem limites“.

“A condição das fronteiras do universo… é que não tem fronteiras“, disse o astrofísico britânico ao apresentador do programa de rádio StarTalk e ele próprio também um conhecido astrofísico: Neil deGrasse Tyson.

Como se sabe agora, o universo está constantemente a expandir-se. À medida que retrocedemos no tempo, o universo contrai-se e, há cerca de 13.8 mil milhões de anos, todo o universo estava reduzido ao tamanho de apenas um átomo, diz Hawking.

Esta bola subatómica é conhecida como singularidade, explica o Live Science. Neste ponto extremamente pequeno e massivamente denso de calor e energia, as leis da física e do tempo deixam de funcionar da forma como as conhecemos.

Por outras palavras, o tempo como o entendemos literalmente não existia antes de o universo começar a expandir-se. Pelo contrário, a flecha do tempo contrai-se infinitamente à medida que o universo se torna cada vez menor, sem nunca conseguir alcançar um ponto de partida claro – e por consequência, ir para além dele.

Não é a primeira vez que Hawking discute esta teoria. Em Novembro do ano passado, o astrofísico já tinha dado uma palestra sobre o assunto para um documentário publicado no YouTube.

Os eventos antes do Big Bang simplesmente não são definidos, porque não há forma de medir o que aconteceu. Como os eventos anteriores ao Big Bang não têm consequências observacionais”, conclui Stephen Hawking, “pode-se cortá-los da teoria e dizer que o tempo começou no Big Bang“.

ZAP // Sputnik News / Live Science

Por SN
5 Março, 2018


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336: As primeiras estrelas surgiram 180 milhões de anos depois do Big Bang

CXC / U.Waterloo / A.Vantyghem / STScI / NRAO / VLA / NASA

As primeiras estrelas começaram a iluminar o Universo 180 milhões de anos depois do Big Bang, um período que coincide com as primeiras evidências da existência de hidrogénio no Universo detectadas por um grupo de cientistas.

As descobertas foram publicadas esta quarta-feira na revista Nature. Astrónomos do Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) e da Universidade Estadual do Arizona, nos Estados Unidos, captaram com uma antena de rádio do tamanho de uma mesa situada no oeste da Austrália sinais ténues de gás hidrogénio procedentes do Universo originário.

Os cientistas, segundo um comunicado, rastrearam esses sinais até 180 milhões de anos depois do Big Bang, o que os transforma nas primeiras evidências de hidrogénio observadas no Universo.

O gás estava num estado que só teria sido possível nas primeiras estrelas, que surgiram num Universo desprovido de luz e emitiram radiação ultravioleta que interagia com o hidrogénio circundante.

Como resultado, os átomos de hidrogénio por todo o Universo começaram a absorver a radiação de fundo, uma forma de radiação electromagnética que existe no Cosmos, o que significou uma mudança fundamental que os cientistas puderam detectar em forma de ondas de rádio.

A descoberta proporciona evidências de que as primeiras estrelas teriam começado a brilhar aproximadamente 180 milhões anos depois do Big Bang, acrescentaram os investigadores na nota.

“Este é o primeiro sinal real de que as estrelas estão a começar a formar-se e a afectar o meio que as envolve”, afirmou o co-autor do estudo e pesquisador do Observatório Haystack do MIT, Alan Rogers.

O especialista explicou que o que estava a ocorrer naquele período é que parte da radiação das primeiras estrelas estava a começar a permitir que o hidrogénio fosse visto em certas radiofrequências.

Após o Big Bang, o universo era um lugar escuro, onde não havia estrelas nem galáxias, e estava cheio principalmente de gás hidrogénio neutro. Tiveram que passar entre 50 a 100 milhões de anos para que a gravidade começasse a atrair as áreas mais densas de gás até começar a formar estrelas.

Foram necessários 12 anos de pesquisa para detectar os vestígios das primeiras estrelas do Universo, e para isso foram utilizados sinais de rádio.

Esses sinais proporcionaram “a primeira evidência de que os antepassados mais antigos da nossa árvore familiar cósmica nasceram apenas 180 milhões de anos depois do início do Universo”, diz um comunicado da Universidade do Arizona.

Algumas características nas ondas de rádio detectadas também sugerem que o gás hidrogénio e o Universo na sua totalidade deveriam ser duas vezes mais frios do que os cientistas estimaram anteriormente, com uma temperatura de aproximadamente -270 graus centígrados.

A equipa de investigadores não tem a certeza dos motivos de o Universo ter sido muito mais frio do que se acreditava nos primórdios, mas alguns cientistas “sugeriram” que a interacção da misteriosa matéria escura “pode ter exercido algum papel” nesta circunstância.

Para o director do Observatório de Haystack, Colin Lonsdale, esses resultados “exigem algumas mudanças na compreensão actual da evolução do Universo nos seus primórdios”. Assim, Lonsdale considerou que a descoberta pode afectar os modelos cosmológicos e os teóricos terão de voltar a “pensar”.

Esta descoberta foi feita com a utilização de uma antena de rádio do tamanho de uma simples mesa que permitiu “ver mais longe que os mais poderosos telescópios espaciais, abrindo uma nova janela para os primórdios do Universo”, indicou Peter Kurczynski, do National Science Foundation dos Estados Unidos, que colaborou no estudo.


2 Março, 2018


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158: Teoria “maluca” sobre buracos negros afirma que não houve Big Bang

ESO / Ars Electronica / Flickr

O físico Juliano César Silva Neves, da Universidade de Campinas, não é um grande fã da famosa teoria do Big Bang. Em vez disso, o cientista acredita que o universo pode ter surgido de um colapso seguido por uma expansão.

A ideia em si não é nova, mas Neves usou um truque matemático de cinquenta anos que descreve buracos negros para mostrar como o nosso universo não precisa de ter tido um começo tão compacto para existir.

À primeira vista o Universo não parece ter muito em comum com os buracos negros, já que o primeiro está em expansão e o segundo “engole” tudo à sua volta. Mas no centro dos dois está um conceito conhecido como singularidade – um volume de energia tão infinitamente denso que não é possível sequer começar a explicar o que acontece dentro dele.

“Existem dois tipos de singularidade no universo. Um é a suposta singularidade cosmológica, ou Big Bang. O outro esconde-se atrás do horizonte de eventos de um buraco negro”, explica Neves.

Dado um passo em frente, alguns cientistas acreditam que o Universo se formou a partir de um buraco negro numa outra bolha do espaço-tempo. Não importa de que tipo de singularidade estamos a falar,são sempre zonas onde a relatividade geral de Einstein perde poder e a mecânica quântica se esforça para assumir o controlo.

Os escritores de ficção científica podem adorá-la, mas a natureza impossível das singularidades torna-as um ponto de disputa frustrante entre os físicos. O problema é que, se voltarmos atrás na expansão do Universo, chegamos a um ponto no qual toda a massa e energia estão concentradas num ponto infinitamente denso.

Por outro lado, alguns físicos acreditam haver espaço de manobra. Teoricamente falando, nem todos os modelos de buracos negros necessitam da singularidade para existir. “Não há singularidade nos buracos negros ditos normais”, explica Neves.

Em 1968, um físico chamado James Bardeen apresentou uma solução: uma maneira de descrever matematicamente buracos negros sem a necessidade de uma singularidade além do seu horizonte de eventos, chamando a esses objectos os “buracos negros normais”.

A história e o raciocínio por trás do modelo de Bardeené longo. Em resumo, o físico assumiu que a massa no coração de um buraco negro não precisa de ser constante, mas pode ser descrita usando uma função que depende de quão longe do centro você está.

Isso significa que podemos nos livrar da singularidade, já que essa massa ainda se comporta como se tivesse volume, mesmo que espremida num espaço apertado. O físico brasileiro Neves sugere levar o trabalho de Bardeen ainda mais longe, e aplicá-lo a outra singularidade: a variedade cosmológica que precedeu o Big Bang.

Ao assumir que a taxa de expansão do universo depende não apenas do tempo, mas também da escala, o físico brasileiro mostra que não há necessidade de uma singularidade num espaço denso e volumoso há 13,82 mil milhões de anos.

Eliminar a singularidade ou o Big Bang traz de volta modelos teóricos como o “Grande Salto” (no original, “Big Bounce“) ou o “Grande Colapso” (“Big Crunch”).

É na verdade uma ideia centenária de que o universo em expansão que experimentamos hoje está na verdade “a saltar” para fora no espaço depois de uma contracção anterior.

Embora seja um conceito um pouco marginal na cosmologia, Neves apoia a visão de que os vestígios do universo poderiam ter sobrevivido a esse “Grande Colapso”. Se assim for, encontrar tais “cicatrizes” no tecido do espaço pode ajudar a validar a hipótese.

“Esta imagem de uma sucessão eterna de universos com fases alternadas de expansão e contracção foi chamada Universo Cíclico, que deriva de cosmologias de salto”, disse Neves.

A pesquisa foi publicada na revista General Relativity and Gravitation.

ZAP // HypeScience / ScienceAlert


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36: O Big Bang não foi o início do universo

ESO / Ars Electronica / Flickr

Pensar que o Universo e tudo o que nele existe nasceu no momento do Big Bang é “um dos maiores erros”, segundo o astrofísico e escritor científico Ethan Siegel.

O Universo e tudo o que nele existe, nasceu no momento do Big Bang. Esta é uma imagem “atractiva” que explica muito do que vemos.

Mas, por azar, também é incorrecta, e os “cientistas já o sabem há quase 40 anos”, sustenta um artigo para a Forbes do astrofísico e escritor científico Ethan Siegel, que qualifica o Big Bang como “um dos maiores equívocos de sempre”.

Segundo recorda Siegel, a ideia original sugere que o universo surgiu de um estado quente e denso e, neste momento, encontra-se em expansão e a esfriar.

Se “continuarmos a extrapolar” até ao passado, o universo tornar-se-ia “mais quente, denso e compacto”, até chegar a um momento em que “a densidade e a temperatura se elevam a valores infinitos, onde toda a matéria e energia no universo estão concentradas num único ponto: uma singularidade”.

O autor do artigo sustenta que essa singularidade – onde as leis da física se rompem – também é “o ponto final”, que representa a origem do espaço e do tempo.

No entanto, há enigmas que a teoria do Big Bang não consegue explicar, como por exemplo, o facto de o universo ter a mesma temperatura em todos os seus extremos, mesmo que não tenham tido tempo de se comunicar entre si desde o início.

Em 1979, o cientista americano Alan Guth propôs uma alternativa à “singularidade” do Big Bang: a teoria da inflação cósmica, que consistia na existência de uma fase média de expansão exponencial anterior ao Big Bang, e que poderia resolver todos estes problemas.

Neste estado cósmico, as flutuações quânticas continuariam a existir, e ao expandir-se no espaço, estender-se-iam pelo universo, criando regiões com densidades de energia ligeiramente superiores ou ligeiramente inferiores da média, explica Siegel.

Quando esta fase do universo chegasse ao fim, essa energia converter-se-ia em matéria e radiação, criando o estado quente e denso, ou seja, o Big Bang.

Para comprovar a ideia, era necessário medir essas flutuações do brilho excedente do Big Bang e encontrar um padrão particular consistente com as predições da inflação. Nos anos 1990, 2000 e de novo em 2010, os cientistas “mediram essas flutuações ao detalhe” e encontraram “exactamente isso”, assinala Siegel.

A conclusão era “incontornável”: o Big Bang “definitivamente ocorreu”, mas só depois da fase da inflação cósmica. O que ocorreu antes – ou se a inflação era eterna no passado – “continua como uma questão aberta”, mas uma coisa é certa: de acordo com o cientistas, “o Big Bang não é o começo do Universo“.

ZAP //
26 Setembro, 2017


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