4425: Cientistas medem com precisão a quantidade total de matéria no Universo

CIÊNCIA/COSMOLOGIA

A equipa determinou que a matéria constitui cerca de 31% da quantidade total de matéria e energia no Universo. Os cosmólogos pensam que 20% da matéria total é feita de matéria comum – ou matéria “bariónica” – que inclui estrelas, galáxias, átomos e vida, enquanto cerca de 80% é feita de matéria escura, cuja natureza misteriosa ainda não é conhecida mas que pode consistir de uma partícula subatómica ainda não descoberta.
Crédito: UCR/Mohamed Abdullah

Um dos principais objectivos da cosmologia é medir com precisão a quantidade total de matéria no Universo, um exercício assustador até mesmo para os mais proficientes em matemática. Uma equipa liderada por cientistas da Universidade da Califórnia, em Riverside, fez exactamente isso.

Relatado na revista The Astrophysical Journal, a equipa determinou que a matéria constitui 31% da quantidade total de matéria e energia no Universo, o restante sendo energia escura.

“Para colocar esta quantidade de matéria em contexto, se toda a matéria no Universo fosse espalhada uniformemente pelo espaço, isso corresponderia a uma média de densidade de massa igual a apenas cerca de seis átomos de hidrogénio por metro cúbico,” disse o autor principal Mohamed Abdullah, aluno do Departamento de Física e Astronomia da UC Riverside. “No entanto, como sabemos que 80% da matéria é na verdade matéria escura, na realidade, a maioria desta matéria consiste não de átomos de hidrogénio, mas sim de um tipo de matéria que os cosmólogos ainda não compreendem.”

Abdullah explicou que uma técnica comprovada para determinar a quantidade total de matéria no Universo é comparar o número e a massa observada de enxames galácticos por unidade de volume com previsões de simulações numéricas. Dado que os enxames de galáxias actuais se formaram a partir de matéria que colapsou ao longo de milhares de milhões de anos sob a sua própria gravidade, o número de enxames observados actualmente é muito sensível às condições cosmológicas e, em particular, à quantidade total de matéria.

“Uma percentagem mais alta de matéria resultaria em mais enxames,” disse Abdullah. “O desafio da nossa equipa era medir o número de enxames e, em seguida, determinar qual das respostas era a melhor. Mas é difícil medir a massa de qualquer enxame de galáxias com precisão porque a maior parte da matéria é escura, de modo que não a podemos ver com telescópios.”

Para superar esta dificuldade, uma equipa de astrónomos desenvolveu a “GalWeight”, uma ferramenta cosmológica para medir a massa de um enxame galáctico usando as órbitas dos seus membros. Os investigadores então aplicaram a sua ferramenta às observações do SDSS (Sloan Digital Sky Survey) para criar “GalWCat19”, um catálogo de enxames de galáxias disponível publicamente. Finalmente, compararam o número de enxames com simulações para determinar a quantidade total de matéria no Universo.

“Conseguimos fazer uma das medições mais precisas já obtidas usando a técnica de enxames galácticos,” disse o co-autor Gillian Wilson, professor de física e astronomia na Universidade da Califórnia, Riverside, em cujo laboratório Abdullah trabalha. “Além disso, esta é a primeira utilização da técnica da órbita galáctica que obteve um valor de acordo com aqueles obtidos por equipas que usaram técnicas não-enxame, como anisotropias cósmicas de fundo em micro-ondas, oscilações acústicas bariónicas, super-novas do Tipo Ia, ou lentes gravitacionais.”

“Uma grande vantagem de usar a nossa técnica de órbita de galáxia GalWeight é que a nossa equipa foi capaz de determinar uma massa para cada enxame individual em vez de confiar em métodos estatísticos mais indirectos,” disse o terceiro co-autor Anatoly Klypin, especialista em simulações numéricas e cosmologia.

Ao combinar a sua medição com as de outras equipas que usaram técnicas diferentes, a equipa foi capaz de determinar o melhor valor combinado, concluindo que a matéria representa 31,5±1,3% da quantidade total de matéria e energia do Universo.

Astronomia On-line
2 de Outubro de 2020

 

 

3858: Cientistas criaram o quinto estado da matéria no Espaço

CIÊNCIA/FÍSICA

NASA
A EEI – Estação Espacial Internacional

Um quinto estado exótico da matéria foi criado num dos lugares mais frios do Universo: um dispositivo a bordo da Estação Espacial Internacional (EEI).

A Estação Espacial Internacional (EEI), o sofisticado laboratório que orbita 400 quilómetros acima da Terra, usou o Cold Atom Laboratory (CAL) para criar o quinto estado da matéria. Trata-se de um condensado conhecido como Bose-Einstein (BEC), criado pela primeira vez no Espaço.

Segundo o New Scientist, o condensado de Bose-Einstein foi formado quando um conjunto de átomos arrefeceu até ao zero absoluto, a temperatura mais baixa possível (-273 °C). A matéria é formada por nuvens de gás compostas por múltiplos átomos que se comportam como se fossem um só.

Esta é a primeira vez que estas características são reproduzidas no Espaço, um feito alcançado através da instalação do Cold Atom Laboratory, lançado em 2018 pela Estação Espacial Internacional. O artigo científico foi recentemente publicado na Nature.

“É bastante notável porque fornece um objecto mecânico quântico de tamanho macroscópico”, disse Maike Lachmann, cientista da Universidade Leibniz, em Hannover, na Alemanha.

Por sua vez, Robert Thompson, do Laboratório de Propulsão a Jacto da NASA, comentou que esta é “uma conquista tecnológica“, ainda que admita que, “no futuro, permitirá um amplo espectro de ciência”.

A principal vantagem destacada pelos cientistas é a micro-gravidade do Espaço, uma vez que na Terra a gravidade interfere nos campos magnéticos necessários para manter este estado da matéria, distorcendo completamente o resultado.

Aliás, na Terra, os condensados ​​de Bose-Einstein duram apenas alguns milissegundos. Por comparação, no Espaço, duram mais de um segundo, oferecendo uma oportunidade única aos cientistas para analisar as suas propriedades.

Os condensados ​​de Bose-Einstein ​​foram previstos por Albert Einstein e Satyendra Nath Bose há mais de 95 anos, mas os físicos Eric Cornell e Carl Wieman conseguiram, em 1995, arrefecer pela primeira vez um conjunto de átomos para atingir este estado. O feito valeu-lhes o Prémio Nobel da Física.

ZAP //

Por ZAP
17 Junho, 2020