24/10/2014

Ondas Gravitacionais


Se há algo que cria expectativa para os físicos teóricos nas áreas de cosmologia e relatividade geral é o fato de que, mesmo previstas por Einstein em sua teoria, as ondas gravitacionais nunca foram detectadas. Ainda não surgiram provas experimentais consistentes e inequívocas de sua existência. 

Além das ondas (ou radiações) gravitacionais, existem mais três tipos, já confirmadas em experimentos consagrados. Uma delas é a eletromagnética, muito presente no nosso cotidiano. A energia elétrica, rádio, televisão, telefonia, etc. são exemplos de sua aplicação As outras duas só são obtidas em laboratório, porque os campos associados a elas atuam apenas na escala subatômica.

Falta a radiação gravitacional. Mas há um problema: sua amplitude é extremamente pequena. As perturbações que os cálculos teóricos prevêem possuem dimensões ínfimas.

Para se ter uma ideia, considere as ondas do mar. Quanto maior for a onda, isto é, quanto maior sua amplitude maior o dano que ela pode provocar em regiões costeiras. As ondas no mar são consequência indireta da força eletromagnética, responsável por uma propriedade peculiar dos líquidos: a coesão. Mesmo assim, na superfície, pode haver variações de altura. Portanto, ocorrem modulações na altura que são transmitidas em todas as direções. É o que se constata quando atiramos uma pedra em um lago tranquilo. A variação na altura decorrente do choque da pedra com a superfície do lago se propaga em todas as direções da superfície em círculos concêntricos.

O campo gravitacional estende-se pelo espaço e alcança galáxias ou além, mas com intensidade muito fraca. As perturbações que nele ocorrem são mínimas, tornando difícil sua detecção.

Einstein, em sua teoria da relatividade geral, propôs que o campo gravitacional geraria ondas caso fosse perturbado. Por exemplo, o movimento da Terra em torno do Sol produziria uma perturbação no campo gravitacional do Sol. Logo, a uma distância conveniente e com instrumentos apropriados, seria possível medir as ondas provocadas pelo movimento orbital da Terra.

Desde então experimentos complexos foram elaborados visando detectar as ondas gravitacionais (o gráviton, uma partícula equivalente ao fóton no caso da luz) que estaria propagando-se por todo o universo. Nenhuma experiência chegou a resultados satisfatórios, até hoje.

Porém, há dois indícios de sua existência. Após anos de observação, foi detectada perda de energia gravitacional num sistema binário de estrelas, onde uma delas é um pulsar. Mas as ondas gravitacionais emitidas pelo pulsar nunca foram detectadas.

Outro indício vem do que é denominado radiação cósmica de fundo, prevista teoricamente no início dos anos 50. Essa radiação, com temperatura de 3 Kelvins (-270 graus Celsius) foi confirmada em 1965, utilizando um radio telescópio. Ela é estudada exaustivamente, pois, de acordo com a teoria do “big bang”, está relacionada com a origem do universo. Mais recentemente, já no século XXI, a sonda WMAP aprimorou de forma expressiva os resultados.

Físicos teóricos demonstraram que ondas gravitacionais agiram durante um intervalo de tempo extremamente curto, num processo denominado “inflação cósmica”. Durante a inflação cósmica as leis da física, tal como conhecemos hoje, ainda não se aplicavam. Por exemplo, a força gravitacional era invertida, isto é, em vez de atrativa era repulsiva. Mesmo sendo um período muito curto, foi suficiente para permitir agregação de massa, possibilitando a formação de estrelas, galáxias, etc.

Resquícios dessa interação teriam deixado “pegadas” na “radiação cósmica de fundo”, de forma que hoje poderíamos detectar essas “pegadas”, que levam o sugestivo nome de “polarização-B”.

Então o raciocínio é o seguinte: se detectamos a polarização-B na radiação cósmica de fundo, então é verdade que a era da inflação aconteceu, e, portanto, as ondas gravitacionais existem, pois, é de sua existência que se concluiu pela ocorrência da era da inflação, entendeu? É uma “volta” na lógica, mas é a única coisa que temos. 

Recentemente, pesquisas utilizando um rádio telescópio que opera no pólo sul (BICEP2) anunciaram a descoberta das ondas gravitacionais. Entretanto, os resultados também foram insuficientes, devido ao não esclarecimento da seguinte questão: como saber se os registros instrumentais estão detectando efeitos da inflação cósmica, existente nos primórdios do universo, ou interferências indesejáveis oriundas de poeira galáctica?

Entra em cena a sonda espacial Planck e todas as atenções voltam-se para ela. Era preciso confirmar se não havia poeira galáctica na região observada. Contudo, trabalhos publicados recentemente mais uma vez mostraram resultados inconclusivos.

Questões fundamentais continuam sem comprovação experimental. Os físicos teóricos ainda terão que conviver com suas expectativas por mais algum tempo.

Inversão de polaridade no campo magnético da Terra

O campo geomagnético muda completamente, isto é, o pólo norte magnético desloca-se para o sul (e vice versa) em intervalos de tempo não regulares, variando desde dezenas de milhares a milhões de anos. As causas disso, ligadas à dinâmica interna da Terra na região do núcleo, ainda não são completamente conhecidas. Cientistas argumentam que este processo pode voltar a ocorrer daqui a alguns séculos. 

Até hoje aceita-se que a reversão de polaridade ocorre em longos intervalos de tempo irregulares. Nos últimos anos alguns estudos sugerem que as mudanças acontecem com velocidade nunca antes imaginada. Um recente trabalho publicado no Geophysical Journal International dá detalhes sobre essas mudanças rápidas.

Como saber que as mudanças no campo geomagnético aconteceram há tanto tempo atrás? Por exemplo, analisando camadas de cinzas depositadas por erupções vulcânicas ao longo de 10000 anos, encontradas em um leito de lago próximo a Roma. De acordo com um estudo da Universidade de Berkeley, a direção do campo geomagnético ficou “gravada” nessa camada de cinza, e pode ser datada de forma confiável para saber qual era sua orientação na época.

Figura 1 - A cerca de 789000 anos atrás o polo norte, então
 situado ao redor da Antártida, começou a mudança para a posição
atual, na região Ártica.

Existem evidências comprovadas que o campo está mudando. Dados paleomagnéticos indicam que o norte deslocou-se quase 900 quilômetros nos últimos dois séculos. Observações efetuadas por três satélites da agência espacial européia revelaram que o campo está ficando mais fraco em alguns pontos e forte em outros. 

Para os especialistas da área não é surpreendente que outra inversão ocorra num futuro distante, afetando toda a vida na Terra. Um campo alterado durante a fase de inversão pode implicar em menos proteção contra a radiação ultravioleta. O impacto na infra estrutura também seria sentido, especialmente em tudo que depende da energia elétrica, desde redes de geração, transmissão e consumo, até os modernos equipamentos eletrônicos mais sensíveis.

Figura 2 - O campo geomagnético atua como um 
escudo protetor contra emiisões intensas de
radiações solares.

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23/10/2014

Ficção e Realidade

“Cair da Noite” é um conto de ficção científica escrito por Isaac Asimov em 1965. Nele, vive-se num planeta (Lagash) que orbita seis sóis, de forma que a noite é um fato raro, ocorrendo uma vez a cada 2000 anos, aproximadamente.

Asimov retrata uma civilização que não conhece o céu noturno. Na Terra, confirmamos a validade da lei da gravitação universal, formulada por Newton, porque astrônomos, durante séculos, observam o movimento de planetas à noite, utilizando telescópios cada vez mais sofisticados.

O reconhecimento que não somos um ponto central e privilegiado do universo, deve-se também à constatação da existência de outros sóis. 

Um importante momento em Lagash é a véspera de um eclipse. Astrônomos, ou mais especificamente, “heliólogos” (pois os únicos astros disponíveis eram os sóis e as luas) estão entusiasmados porque a lei de Newton tinha acabado de ser deduzida. Com base nela conseguiram prever o eclipse. Acreditavam que seriam capazes de observar algum astro distante na escuridão vindoura. 

Porém, havia um problema. Para conhecê-lo vamos recomendar a leitura do conto.

Um sistema de seis sóis é uma improbabilidade da natureza. O conto foi escrito uma década antes da comprovação que um sistema com mais de dois corpos, cujas massas são comparáveis, é altamente instável. 

Mesmo assim, é fascinante a descoberta de um grupo de centenas de estrelas capazes de possuir planetas, com observações realizadas pelo telescópio espacial Kepler, concebido especialmente para encontrar planetas extra-solares (ou exoplanetas). Destas foram confirmados cerca de 50, denominadas sistemas binários, isto é, formados por duas estrelas.

Neste caso a dificuldade é determinar a qual estrela os planetas pertencem. Foram encontrados sistemas binários com pelo menos um planeta. Mas as estrelas estão tão próximas que é difícil comprovar qual planeta orbita uma delas, ou ambas, de forma estável.

Talvez não seja tão exótico pensar numa civilização vivendo em planetas com órbitas estranhas, onde não exista noite, ou ela seja rara. Pensemos aqui na Terra. Se a Lua fosse um “outro Sol” então só haveria noite uma vez por mês. Um sistema em que o planeta tivesse uma órbita em forma de “8” faria da noite um fenômeno raro. Será que as pessoas se comportariam como Asimov descreve em seu conto? Exageros à parte, o que se imagina na ficção científica, eventualmente, com o passar do tempo, pode vir a ser uma realidade. 

Futuro: uma comunicação com Lagash?

14/10/2014

Protótipo de telescópio será testado na Itália

Com a participação do Brasil, projeto internacional pretende construir maior observatório do mundo para estudo de raios gama vindos do Universo

Entrou em fase de testes no dia 24 de setembro, em Catania, na Itália, o primeiro protótipo de um dos telescópios do Cherenkov Telescope Array (CTA), consórcio internacional formado por 28 países — entre eles o Brasil — que pretende construir até 2020 o maior observatório astronômico do mundo dedicado ao estudo da emissão de raios gama, a radiação de mais alta energia. O observatório contará com cerca de 100 telescópios, que serão instalados em dois lugares distintos, um no hemisfério Sul e o outro no hemisfério Norte. Por meio do CTA, os pesquisadores esperam poder estudar melhor os chamados aceleradores de raios cósmicos: buracos negros, remanescentes de supernovas e pulsares, além de núcleos de galáxias ativas e regiões de formação estelar. 

“O escopo científico do CTA será muito amplo”, diz a astrofísica Elisabete de Gouveia Dal Pino, do Instituto de Astronomia, Geofísica e Ciências Atmosféricas da Universidade de São Paulo (IAG-USP) e uma das pesquisadoras brasileiras envolvidas na concepção do CTA. “Com ele, poderemos obter limites para os campos magnéticos intergalácticos e estimar a origem e natureza da matéria escura do Universo, além de estudar fenômenos físicos inéditos como a violação da constância da velocidade da luz para fótons de altas energias.” 

O telescópio protótipo do CTA será testado pelos próximos seis meses em Serra la Nave, na Sicília. Durante este período, passará por ajustes da estrutura e da câmera que fará a captação da chamada radiação Cherenkov — chuveiros de elétrons e pósitrons produzidos por raios-gama, que, ao entrarem em contato com a atmosfera da Terra, excitam suas moléculas, emitindo a radiação Cherenkov. Após a fase de testes, o telescópio protótipo irá compor parte de um arranjo menor do observatório — conhecido como CTA Mini-Array —, formado por 7 telescópios, que será construído em parceria com o Instituto Nacional de Astrofísica da Itália. Destes sete telescópios, o Brasil construirá três. Ao todo, o país, no âmbito de um projeto temático financiado pela FAPESP e coordenado por Elisabete, investirá cerca de 1,5 milhão de Euros. 

O CTA Mini-Array deverá ser concluído em 2016, 4 anos antes do grande observatório. “O CTA Mini-Array estará entre os maiores observatórios de astronomia de raios gama do mundo, e colocará o Brasil e seus pesquisadores a frente na dianteira de pesquisas pioneiras em astrofísica de altas energias”, diz Elisabete. “Além disso, com o conhecimento tecnológico adquirido por meio da concepção do CTA Mini-Array, o Brasil deverá ser capaz de construir diversos telescópios para o observatório principal”. Ainda não se sabe onde o CTA será construído no hemisfério Sul. Chile e Namíbia são candidatos para receber o observatório. No hemisfério Norte, a disputa está entre México, Estados Unidos e Espanha. Se o projeto avançar, o CTA será capaz de medir a radiação gama produzida por fontes astrofísicas com sensibilidade até dez vezes maior que o observatório HESS ou o satélite FERMI, os maiores observatórios de astronomia gama em funcionamento hoje.

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13/10/2014

Cientistas vão perfurar diretamente uma falha geológica prestes a causar um terremoto


A falha Alpina é a mais perigosa falha geológica da Nova Zelândia e uma das mais perigosas do mundo. Estudos indicam que ela pode entrar em atividade a cada 300 anos e produzir um terremoto de magnitude até 8. O mais recente foi em 1717, significando que o próximo deve estar a caminho. O que será feito em relação a isso? Simples: uma perfuração na falha, com 1,5km de profundidade para melhor estudá-la.

Mesmo com o conhecimento atual sobre terremotos, ainda é impossível prevê-los. Não se sabe o que acontece dentro de uma falha ativa, seja nos meses, dias ou minutos que precedem um tremor. Cientistas do Deep Fault Drilling Projetc, na Nova Zelândia, farão pela primeira vez uma perfuração numa falha prestes a entrar em atividade e com probabilidade de causar um grande terremoto.

A perfuração (1,5km de profundidade e 10cm de diâmetro) vai até a “zona de esmagamento” onde ocorre o encontro de placas tectônicas. Um conjunto de sensores registrará a temperatura, pressão, som e imagens da falha ativa. Amostras de rochas serão coletadas para estudar as “cicatrizes” deixadas por atividades sísmicas do passado.

“Realmente não sabemos o que vamos encontrar quando chegarmos na zona da falha”, diz um dos líderes do projeto, Rupert Sutherland, em um press release da Universidade Victoria. O projeto de perfuração é sem precedentes. Cientistas já fizeram isso antes. Perfuraram um local no complexo de falhas de San Andreas, na Califórnia, onde ocorrem pequenos e frequentes tremores. Porém este novo projeto é completamente diferente, pois tem como objetivo “olhar de perto” uma falha que está prestes a provocar um grande terremoto.

Assista o vídeo:


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09/10/2014

Eclipse lunar gerou última ‘lua de sangue’ do ano

O fenômeno foi o segundo de uma tétrade de luas de sangue e pôde ser visto parcialmente em todo o Brasil


Em abril deste ano, ocorreu a primeira de uma série de quatro “luas de sangue” que terminará em setembro de 2015. Historicamente, os eclipses sempre despertaram o medo da população, pois eram associados a desastres. Esta rara sequência de fenômenos que tornam a lua avermelhada deve ocorrer apenas sete vezes até o final do século, e até hoje é temida por religiosos, que a associam com presságios do apocalipse bíblico. Na madrugada de terça (7/10/2014) para quarta (8/10/2014), o segundo evento da tétrade poderá ser observado de todo o país, de forma muita fraca, com exceção de uma pequena região do Nordeste.

Os eclipses lunares ocorrem quando a Terra intercepta a luz solar que ilumina a lua, deixando-a escurecida com sua sombra. Mesmo em eclipses totais como este, parte dos raios solares acaba passando pela atmosfera terrestre, adquirindo os tons avermelhados. O melhor local para observação será no Oceano Pacífico e regiões adjacentes. Portanto, para o Brasil, as áreas mais a oeste serão privilegiadas para observar este fenômeno.


Infelizmente, desta vez o máximo do eclipse ocorrerá entre 5h15 e 5h40, horário em que a lua já está muito próxima do horizonte (poente), o que prejudicará a observação. No entanto, se as condições meteorológicas em sua cidade colaborarem, certamente vai ser possível contemplar os efeitos da lua de sangue. Não será necessário nenhum equipamento astronômico – o evento poderá ser visto a olho nu, bastando olhar para o horizonte na direção oeste (direção do pôr do Sol). Para uma melhor visualização, recomenda-se estar em um lugar alto.

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