4902: Ondulações no espaço-tempo podem fornecer pistas sobre os componentes ausentes do Universo

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA

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Quase tudo encaixa na Teoria do Universo. Alguns cientistas defendem que as ondulações subtis na estrutura do espaço-tempo podem ajudar a encontrar a peça em falta.

As ondas gravitacionais são ondulações no tecido do espaço-tempo que os cientistas conseguiram identificar em 2015, com a ajuda do Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferómetro Laser (LIGO).

Cada vez que dois objectos massivamente pesados colidem – uma colisão de dois buracos negros ou de duas estrelas de neutrões, por exemplo -, criam uma ondulação deste tipo.

Apesar de quase tudo bater certo na Teoria do Universo, algo está a fazer com que este se expanda cada vez mais rápido – e ninguém sabe o quê.

Jose María Ezquiaga, co-autor do recente artigo científico publicado na Physical Review D,  defende que a peça em falta pode estar relacionada com a gravidade.

“As ondas gravitacionais são o mensageiro perfeito para ver essas possíveis modificações da gravidade, se houver”, explicou o cientista do Instituto Kavli de Física Cosmológica da Universidade de Chicago, nos Estados Unidos, em comunicado.

Os autores do artigo sugerem que, se as ondas colidirem com um buraco negro super-massivo ou com um aglomerado de galáxias no seu caminho para a Terra, a assinatura da ondulação mudaria.

Se houvesse uma diferença de gravidade em comparação com a teoria de Einstein, então a evidência estaria nessa assinatura.

Uma das teorias sobre os componentes ausentes do Universo é a existência de uma partícula extra que, entre outros efeitos, geraria um tipo de fundo ou “meio” em torno de grandes objectos.

Se uma onda gravitacional colidisse com um buraco negro super-massivo, geraria ondas que se misturariam com a própria onda gravitacional. Dependendo do que encontrasse, a assinatura da onda gravitacional poderia carregar um “eco” ou aparecer baralhada, explica o SciTechDaily.

“Esta é uma nova forma de estudar cenários que não puderam ser testados antes”, rematou Ezquiaga.

Por Liliana Malainho
2 Janeiro, 2021


4346: Físicos descobrem forma de viajar através de um buraco no espaço-tempo (sem morrer)

CIÊNCIA/ASTROFÍSICA/FÍSICA

Kjordand / Wikimedia

Uma equipa de físicos do Instituto de Estudos Avançados de Nova Jérsia e da Universidade de Princeton descobriu algo que parecia impossível até agora: uma forma “segura” de enviar uma pessoa viva por um buraco no espaço-tempo.

Os buracos no espaço-tempo são hipotéticos “túneis” entre buracos negros que conectam regiões distantes do Universo e cuja existência é prevista pela Teoria da Relatividade Geral de Albert Einstein.

Estudos anteriores tinham concluído ser difícil, senão impossível, viajar através de buracos no espaço-tempo. Aliás, até a própria Relatividade Geral, que descreve o comportamento da gravidade e do espaço-tempo, estabelece que os buracos, se existirem, seriam extremamente pequenos e que se fechariam sempre que algo caísse neles.

No entanto, Juan Maldacena e Alexey Milekhin descobriram uma forma pela qual buracos no espaço-tempo “percorríveis” poderiam existir – e tudo sem violar nenhuma das leis da física conhecidas. Para isso, segundo os investigador, bastaria “incluir uma dimensão adicional”.

Maldacena e Milekhin calcularam que, se houvesse uma dimensão “extra” do espaço-tempo, implicaria a existência de um grande número de campos quânticos. As flutuações nesses campos produziriam a energia negativa necessária para evitar que o buraco entre em colapso e feche.

Por outro lado, segundo Maldacena, não há evidência de que estes campos quânticos adicionais existam, apesar de serem teoricamente possíveis. Isto levanta outra questão: seria viável “fabricá-los” artificialmente?

Há duas possibilidade: que o processo ocorra naturalmente, o que é extremamente improvável; ou que seja possível criá-lo artificialmente. Em teoria, algo assim só poderia ser feito com matéria comum e efeitos quânticos. Embora, de acordo com os investigadores, o esforço necessário provavelmente não valesse a pena.

Segundo explicaram Daniel Jefferis, Ping Gao e o físico de Stanford Aron Wall em 2017, de acordo com o jornal espanhol ABC, a “desvantagem” é que seria necessário encontrar dois buracos negros perfeitamente emaranhados. No entanto, parece altamente improvável que tal coisa exista na natureza.

O próximo passo seria atirar uma pessoa num deles, medir a radiação Hawking emitida pelo buraco e, depois, levá-la (por métodos convencionais) para o segundo buraco para manipulá-la e fazer a pessoa sair novamente. Assim, demoraria mais do que fazer a viagem directamente pelo Espaço.

No entanto, segundo a Relatividade Geral, o tempo passaria de forma muito diferente para a pessoa dentro do buraco. Do seu ponto de vista, a viagem não demoraria muito. Porém, fora do buraco, todos os familiares e conhecidos teriam envelhecido. Assim, o viajante ressurgiria pelo segundo buraco num mundo totalmente diferente àquele que deixou.

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Além desse “pequeno incómodo”, a viagem não apresentaria grandes problemas: o viajante perceberia como acelera devagar até atingir uma velocidade vertiginosa, próxima da da luz, e depois diminui até voltar a emergir.

Segundo Maldacena, a viagem seria bastante segura desde que o buraco estivesse totalmente limpo. Caso contrário, cair significaria morte certa. “Contanto que se viaje a uma velocidade próxima à da luz, qualquer partícula ou grão de poeira, ou qualquer outra coisa que nos atingir seria problemática. Mesmo um simples fotão poderia causar problemas”, explicou o investigador.

Este estudo está disponível desde Agosto na plataforma de pré-publicação ArXiv.

ZAP //

Por ZAP
17 Setembro, 2020

 

 

3532: A curvatura do espaço-tempo vai ajudar o WFIRST a encontrar exoplanetas

CIÊNCIA/ASTRONOMIA

Esta ilustração mostra o conceito de micro-lente gravitacional. Quando uma estrela passa muito perto ou em frente de outra, pode “dobrar” a luz da estrela de fundo. Se a estrela mais próxima albergar um sistema planetário, os planetas também podem agir como lentes, cada um produzindo um curto desvio no brilho da fonte.
Crédito: Laboratório de Imagens Conceptuais do Centro de Voo Espacial Goddard da NASA

O WFIRST (Wide Field Infrared Survey Telescope) da NASA irá procurar planetas para lá do nosso Sistema Solar na direcção do centro da nossa Galáxia, a Via Láctea, onde estão a maioria das estrelas. O estudo das propriedades dos mundos exoplanetários ajudar-nos-á a entender o aspecto dos sistemas planetários por toda a Galáxia e como se formam e evoluem.

A combinação das descobertas do WFIRST com os resultados das missões Kepler e TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite) da NASA vai dar por concluído o primeiro censo planetário sensível a uma ampla gama de massas e órbitas planetárias, aproximando-nos da descoberta de mundos habitáveis parecidos com a Terra, além do nosso próprio planeta.

Até à data, os astrónomos encontraram a maioria dos planetas quando passam em frente da sua estrela hospedeira em eventos chamados trânsitos, que diminuem temporariamente a luz da estrela. Os dados do WFIRST também podem detectar trânsitos, mas a missão irá observar principalmente o efeito oposto – pequenos picos de brilho produzido por um fenómeno de curvatura da luz chamado micro-lente. Estes eventos são muito menos comuns do que os trânsitos, porque dependem do alinhamento casual de duas estrelas amplamente separadas e sem relação à deriva no espaço.

“Os sinais de micro-lentes de pequenos planetas são raros e breves, mas são mais fortes do que os sinais de outros métodos,” disse David Bennett, que lidera o grupo de micro-lentes gravitacionais no Centro de Voo Espacial Goddard da NASA em Greenbelt, no estado norte-americano de Maryland. “Tendo em conta que é um evento em um milhão, a chave para o WFIRST encontrar planetas de baixa massa é pesquisar centenas de milhões de estrelas.”

Além disso, as micro-lentes são mais eficazes a encontrar planetas dentro e para lá da zona habitável – as distâncias em que os planetas podem ter água líquida à superfície.

Introdução às micro-lentes

Este efeito ocorre quando a luz passa perto de um objecto massivo. Qualquer coisa com massa distorce o tecido do espaço-tempo, como uma bola de bowling quando colocada num trampolim. A luz viaja numa linha recta, mas se o espaço-tempo for curvado – o que acontece próximo de algo massivo, como uma estrela – a luz segue a curva.

Sempre que duas estrelas se alinham a partir da nossa perspectiva, a luz da estrela mais distante é curvada à medida que se desloca pelo espaço-tempo curvo da estrela mais próxima. Este fenómeno, uma das previsões da teoria geral da relatividade de Einstein, foi confirmado pelo físico britânico Sir Arthur Eddington durante um eclipse solar total em 1919. Se o alinhamento for especialmente íntimo, a estrela mais próxima age como uma lente cósmica natural, focando e intensificando a luz da estrela de fundo.

Os planetas que orbitam a estrela no plano da frente também podem modificar a luz que passa pela lente, agindo como as suas próprias lentes gravitacionais minúsculas. A distorção que criam permite que os astrónomos meçam a massa e distância do planeta em relação à sua estrela hospedeira. É assim que o WFIRST irá usar micro-lentes para descobrir novos mundos.

Mundos familiares e exóticos

“Tentar interpretar populações planetárias hoje em dia é como tentar interpretar uma imagem com uma metade tapada,” disse Matthew Penny, professor assistente de física e astronomia da Universidade Estatal do Louisiana em Baton Rouge, EUA, que liderou um estudo para prever as capacidades de pesquisa de micro-lentes do WFIRST. “Para entender completamente a formação dos sistemas planetários, precisamos encontrar planetas de todas as massas a todas as distâncias. Nenhuma técnica pode fazer isso, mas o levantamento de micro-lentes do WFIRST, em combinação com os resultados do Kepler e do TESS, revelará muito mais da imagem.”

Até à data foram confirmados mais de 4000 exoplanetas, mas apenas 86 foram descobertos através de micro-lentes. As técnicas usadas frequentemente para encontrar outros mundos são direccionadas a planetas que tendem a ser muito diferentes daqueles do nosso Sistema Solar. O método de trânsito, por exemplo, é melhor para encontrar planetas do tipo sub-Neptuno que têm órbitas muito mais pequenas do que Mercúrio. Para um sistema planetário como o nosso, os estudos de trânsito podem perder todos os planetas.

O levantamento de micro-lentes do WFIRST vai ajudar a encontrar análogos de todos os planetas do nosso Sistema Solar à excepção de Mercúrio, cuja baixa massa e órbita pequena se combinam para o colocar fora do alcance da missão. O WFIRST vai encontrar planetas que têm a massa da Terra e ainda mais pequenos – talvez até luas grandes, como a lua de Júpiter, Ganimedes.

O WFIRST também conseguirá encontrar planetas pertencentes a outras categorias pouco estudadas. As micro-lentes são mais adequadas para encontrar mundos a partir da zona habitável para fora. Isto inclui gigantes gelados, como Úrano e Neptuno do nosso Sistema Solar, e até planetas flutuantes – mundos que vagueiam livremente pela Galáxia, sem ligação a qualquer estrela.

Embora os gigantes de gelo sejam uma minoria no nosso Sistema Solar, um estudo de 2016 indicou que podem ser o tipo planetário mais comum da Galáxia. O WFIRST irá colocar essa teoria à prova e irá ajudar-nos a melhor entender quais as características planetárias mais prevalecentes.

O WFIRST vai explorar regiões da Galáxia que ainda não foram sistematicamente examinadas em busca de exoplanetas devido aos diferentes objectivos das missões anteriores. O Kepler, por exemplo, investigou uma região de tamanho modesto com aproximadamente 100 graus quadrados com 100.000 estrelas a distâncias típicas de mais ou menos 1000 anos-luz. O TESS varre o céu inteiro e rastreia 200.000 estrelas, no entanto as suas distâncias típicas rondam os 100 anos-luz. O WFIRST irá investigar aproximadamente 3 graus quadrados, mas seguirá 200 milhões de estrelas a distâncias de aproximadamente 10.000 anos-luz.

Dado que o WFIRST é um telescópio infravermelho, conseguirá ver através das nuvens de poeira que impedem outros telescópios de estudar planetas na região central e movimentada da nossa Galáxia. A maioria das observações terrestres de micro-lentes, até ao momento, têm sido no visível, tornando o centro da Via Láctea um território largamente inexplorado. Um levantamento de micro-lentes, realizado desde 2015 e usando o UKIRT (United Kingdom Infrared Telescope) no Hawaii, está a pavimentar o caminho para o censo exoplanetário do WFIRST, mapeando a região.

O levantamento UKIRT está a fornecer as primeiras medições da taxa de eventos de micro-lentes na direcção do núcleo da Galáxia, onde as estrelas estão mais densamente concentradas. Os resultados vão ajudar os astrónomos a seleccionar a estratégia de observação final para o esforço de micro-lentes do WFIRST.

O objectivo mais recente da equipa do UKIRT é detectar eventos de micro-lentes usando aprendizagem de máquina, que será vital para o WFIRST. A missão vai produzir uma quantidade tão grande de dados que não seria prático visualizá-los apenas a olho. O aperfeiçoamento da procura exigirá processos automatizados.

Os resultados adicionais do UKIRT apontam para uma estratégia de observação que revelará o maior número possível de eventos de micro-lentes, evitando as nuvens mais espessas de poeira que podem bloquear até a luz infravermelha.

“O nosso levantamento actual com o UKIRT está a criar as bases para que o WFIRST possa implementar o primeiro levantamento espacial dedicado às micro-lentes,” disse Savannah Jacklin, astrónoma da Universidade de Vanderbilt em Nashville, Tennessee, EUA, que liderou vários estudos do UKIRT. “As missões exoplanetárias anteriores expandiram o nosso conhecimento dos sistemas planetários e o WFIRST dará um passo gigante para entender melhor como os planetas – particularmente aqueles dentro da zona habitável das suas estrelas hospedeiras – se formam e evoluem.”

De anãs castanhas a buracos negros

A mesma pesquisa de micro-lentes que irá revelar milhares de planetas também irá detectar centenas de outros objectos cósmicos bizarros e interessantes. Os cientistas serão capazes de estudar corpos flutuantes com massas que variam entre a de Marte e 100 vezes a do Sol.

O limite inferior deste intervalo de massas inclui planetas expelidos das suas estrelas hospedeiras e que agora vagueiam a Galáxia como planetas flutuantes ou fugitivos. A seguir, estão as anãs castanhas, demasiado grandes para serem caracterizadas como planetas, mas não suficientemente massivas para se tornarem estrelas. As anãs castanhas não brilham visivelmente como estrelas, mas o WFIRST será capaz de as estudar no infravermelho através do calor que resta da sua formação.

Os objectos na extremidade superior incluem “cadáveres” estelares – estrelas de neutrões e buracos negros – deixados para trás quando as estrelas massivas esgotam o seu combustível. O estudo e a medição das suas massas vão ajudar os cientistas a compreender mais sobre a morte das estrelas, ao mesmo tempo que fornecem um censo dos buracos negros de massa estelar.

“O levantamento de micro-lentes do WFIRST avançará não apenas a nossa compreensão dos sistemas planetários,” disse Penny, “como também permitirá toda uma série de outros estudos sobre a variabilidade de 200 milhões de estrelas, a estrutura e a formação da Via Láctea interior e a população de buracos negros e outros objectos escuros e compactos que são difíceis ou impossíveis de estudar de qualquer outra maneira.”

Infelizmente, o orçamento deste ano da NASA apenas tem fundos para o desenvolvimento do WFIRST até Setembro de 2020. O orçamento de 2021 propõe a interrupção do financiamento da missão WFIRST e um maior foco na conclusão do Telescópio Espacial James Webb, agora com lançamento planeado para Março de 2021. A administração da agência espacial não está pronta para prosseguir com outro telescópio extremamente caro até que o Webb seja lançado com sucesso.

Astronomia On-line
3 de Abril de 2020