O que parecem ser buracos negros podem ser objetos de energia escura

Astrônomos tipicamente consideram que buracos negros são formados por grande estrelas que morrem, mas em 1966 o jovem físico russo Erast Gliner propôs uma hipótese diferente: estrelas muito grandes poderiam entrar em colapso e formar Objetos Genéricos de Energia Escura (GEODEs, na sigla em inglês). Esses objetos podem parecer buracos negros quando são vistos de fora, mas contêm energia escura ao invés de singularidade.

A energia escura é um tipo hipotético de energia que estaria em todo o espaço e que tenderia a acelerar a expansão dele.

No final do último mês de agosto, Kevin Croker e Joel Weiner, da Universidade do Havaí (EUA), publicaram na revista The Astrophysical Journal um estudo que traz novidades importantes para a compreensão da expansão do universo e sobre o que acontece com estrelas no fim da vida delas.

O trabalho é baseado na hipótese de Gliner e na descoberta feita de 1998 de que a expansão do universo está acelerando. O trabalho de 1998 não reconheceu, porém, que os GEODEs poderiam contribuir para a aceleração. O trabalho de Croker e Weiner mostrou que uma fração de estrelas antigas entram em colapso e viram GEODEs ao invés de buracos negros.

Correção de erro

Para chegar a esta conclusão, a dupla corrigiu um pequeno erro que era feito na hora de aplicar as equações de Einstein ao modelo de crescimento do universo. Este erro estava na consideração de que um sistema grande como o universo seria insensível a detalhes de pequenos sistemas que o integram.

Os pesquisadores mostraram que esta suposição não funciona em objetos compactos que restam depois do colapso e explosão de grandes estrelas. “Por 80 anos nós operamos sob suposição de que o universo, de forma geral, não era afetado por detalhes particulares de qualquer região pequena”, afirmou Croker.

“Agora está claro que a relatividade geral pode conectar de forma observável estrelas colapsadas – em regiões do tamanho de Honolulu – ao comportamento do universo como todo”. 

Pequenos objetos, grandes consequências

Croker e Weiner demonstraram que a taxa de crescimento do universo pode se tornar sensível à contribuição média desses objetos compactos. De forma contrária, os próprios objetos podem se conectar ao crescimento do universo, ganhando ou perdendo energia dependendo da composição dos objetos.

Este resultado é significativo já que revela conexões inesperadas entre objetos físicos compactos e cósmicos, o que por sua vez leva a novas previsões observacionais.

Possível explicação

Em 2016, o Observatório de Ondas Gravitacionais por Interferômetro Laser (LIGO) observou o que parecia ser uma colisão entre um sistema duplo de buracos negros. O que deixou pesquisadores confusos foi que esses objetos que colidiram eram inesperadamente pesados – cinco vezes mais pesados do que o previsto por simulações de computador.

Utilizando os cálculos corretos, Croker e Weiner sugeriram que a colisão não era entre buracos negros, mas sim entre GEODEs.

Eles descobriram que os GEODEs crescem junto com o universo antes da colisão. Quando ela acontece, as massas dos GEODEs ficam 4 a 8 vezes maiores, em alinhamento com as observações do LIGO. “O que mostramos é que se GEODEs realmente existem, então eles podem facilmente causar fenômenos observados que atualmente não têm explicações convincentes”, dizem os pesquisadores. [Phys.org]

Cientistas detectam pela primeira vez ruído de nascimento de buraco negro

Segundo a teoria da relatividade geral de Albert Einstein, um buraco negro formado a partir de colisões de dois buracos negros massivos deve zumbir logo em seguida, produzindo ondas gravitacionais parecidas com a reverberação de um sino.

Einstein até chegou a prever que o tom e o declínio dessas ondas gravitacionais seriam bastante específicos da formação do buraco negro.

Agora, físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, conseguiram “ouvir” este zumbido pela primeira vez, e o padrão do som parece seguir o previsto por Einstein.

Buraco negro sem “cabelo”

A descoberta foi publicada nesta quinta-feira (11), na revista Physical Review Letters. Esta novidade parece apoiar a ideia de que os buracos negros exibem apenas três propriedades: massa, giro e carga elétrica. Qualquer outra propriedade é chamada pelos cientistas de “cabelo”.

Os cientistas identificaram o padrão do zumbido do buraco negro, e usando as equações de Einstein, calcularam a massa e giro que o buraco negro deve ter. Esses cálculos bateram com medições da massa do buraco e giro feito anteriormente por outros pesquisadores.

Se os cálculos tivessem sido diferentes das medições feitas anteriormente, isso poderia sugerir que o ruído dele poderia codificar outras informações além da massa, giro e carga elétrica.

“Todos esperamos que a relatividade geral esteja correta, mas esta é a primeira vez que a confirmamos dessa maneira”, diz o autor principal do estudo, Maximiliano Isi, do MIT. “Esta é a primeira medição experimental que tem sucesso em testar diretamente o teorema sem-cabelo. Não significa que buracos negros não podem ter cabelo. Significa que a imagem dos buracos negros sem cabelo sobrevive por mais um dia”.

Tom e declínio

A teoria de Einstein prevê que o tom e o declínio das ondas gravitacionais do buraco negro devem ser um produto direto de sua massa e giro. Isso significa que um buraco negro de determinada massa e giro só pode produzir tons de um certo tipo e decadência.

Isi também diz que os pesquisadores conseguem usar as partes mais detectáveis  dos sinais de onda gravitacional para encontrar o ruído do novo buraco negro. Até agora, os cientistas acreditavam que este som só poderia ser detectado na parte mais fraca do sinal gravitacional, e com instrumentos muito mais sensíveis do que os que existem atualmente. “Isso é empolgante para a comunidade porque mostra que esse tipo de estudo é possível agora, e não em 20 anos”, diz ele.  [Phys.org]

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Novo cometa descoberto é, possivelmente, um visitante interestelar

Nessa semana foi divulgada a descoberta de um cometa que pode passar pelo nosso sistema solar em breve e, provavelmente, tem origem interestelar. O C/2019 Q4 (Borisov) foi descoberto no dia 30 de agosto por Gennady Borisov, no observatório MARGO, na Crimeia. Embora sua origem não tenha sido oficialmente confirmada, se esse cometa tiver se formado em espaço interestelar, ele será o segundo objeto desse tipo detectado. O primeiro foi ‘Oumuamua, observado e confirmado em outubro de 2017.

 O objeto descoberto recentemente ainda se dirige ao nosso sistema solar e deve permanecer mais distante do que a órbita de Marte. Atualmente, o cometa está a 420 milhões de quilômetros do Sol. Ele deve atingir o ponto mais próximo a nossa estrela no dia 8 de dezembro. Nesse momento, não deve passar mais próximo da Terra do que 300 milhões de quilômetros.

A origem do cometa

Após a primeira detecção do objeto, o Scout System, localizado no Jet Propulsion Laboratory, da Nasa, já o sinalizou como tendo, possivelmente, origem interestelar. Davide Farnocchia trabalhou, em parceria com astrônomos de outros laboratórios, para determinar se o cometa teve origem no nosso sistema solar, ou em outro lugar da galáxia. Além disso, houve um esforço para estimar a trajetória mais exata do objeto.

Farnocchia falou que a alta velocidade do cometa, por volta de 150.000 quilômetros por hora, indica que ele provavelmente foi originado fora do nosso sistema solar. Mas essa velocidade, acima da comumente identificada em objetos orbitando o Sol a essa distância, também indica que ele partirá em direção ao espaço interestelar novamente.

No dia 26 de outubro, o cometa deve passar no plano da eclíptica, aquele no qual orbitam, ao redor do Sol, a Terra e os outros planetas.

Características do objeto

O C/2019 Q4 foi identificado como um cometa devido a sua aparência, uma vez que ela indica que o objeto tem centro gelado o que produz uma nuvem de poeira e partículas conforme ele se aproxima do Sol e aumenta sua temperatura. Ele pode ser visto com telescópios profissionais  pelos próximos meses e está em uma área próxima ao Sol, quando visto da Terra.

Observações de Karen Meech e sua equipe na Universidade do Havaí indicam que o núcleo tem entre 2 e 16 quilômetros de diâmetro. Os astrônomos continuarão os estudos para identificar mais propriedades físicas do cometa. [NASA, Business Insider, Science Alert]

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Equipe liderada por brasileiro mede massa de "partícula fantasma"

Equipe liderada por brasileiro mede massa de "partícula fantasma"

Pela primeira vez, pesquisa estabelece limite superior para massa do mais leve dos três tipos de neutrinos

Visão do Universo feita pelo telescópio Planck. (Foto: ESA, HFI & LFI consortia (2010)

Pela primeira vez, pesquisadores conseguiram medir a massa do mais leve dos três tipos de neutrinos, partículas apelidadas de "fantasmas" por serem muito leves e praticamente indetectáveis. A descoberta foi feita por uma equipe liderada pelo físico brasileiro Arthur Loureiro, formado pela Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS).

Os neutrinos são as partículas subatômicas mais abundantes no Universo, semelhantes aos elétrons, mas sem carga e quase sem massa. Isso significa que eles interagem muito raramente com a matéria normal, mas, em escalas cosmológicas, afetam a distribuição estatística de galáxias. 

Como exemplificou Loureiro em entrevista à GALILEU, os neutrinos "lavam" a estrutura da galáxia, fazendo com que ela pareça mais difusa. Isso acontece porque, como são extremamente leves, essas partículas viajam a velocidades muito próximas à da luz —, mas, por possuírem massa, arrastam um pouco de matéria comum e matéria escura por onde passam.

O estudo liderado por Loureiro – publicado no Physical Review Letters por pesquisadores da University College London, da Universidade Federal do Rio de Janeiro, do Instituto de Astrofísica de Paris e da Universidade de São Paulo – estabelece, pela primeira vez, um limite máximo para a massa do neutrino.

"Descobrimos que essa partícula fantasma deve ser 6 milhões de vezes mais leve que um elétron (ou 0.086 eV). Essa descoberta é um marco em estudos de neutrinos por combinar dados de telescópios terrestres e espaciais com dados vindos de aceleradores de partículas e reatores nucleares", contou o especialista.

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Inauguração da oficina de robótica

Nesta terça feira dia 03/09 foi inaugurada a oficina de robótica do CEEJA!

Os alunos presentes iniciaram seus estudos em linguagem de programação C++, tiveram um apanhado geral a respeito da aplicabilidade prática das placas Arduino e finalizaram com um projeto de leds que piscam alternadamente.

Agradecemos aos alunos Giovanne e Juliana pela participação na oficina! Caso queira debater ou tenha alguma dúvida referente ao assunto, será um prazer recebê-lo na sala de física, estamos lhe aguardando!

Sonda indiana Chandrayaan-2 chega à orbita da Lua e envia primeira imagem

Nave vai tentar fazer um pouso suave no polo sul da Lua no dia 7 de setembro

Organização Indiana de Pesquisa Espacial (ISRO) divulga primeira foto da Lua divulgada pela sonda Chandrayaan-2 / Foto: ISRO / Divulgação

A Organização Indiana de Pesquisa Espacial, a agência espacial da Índia, divulgou a primeira foto da Lua tirada pela sonda Chandrayaan-2. A foto foi tirada na última quarta-feira (21), de uma distância de 2650 quilômetros. Na imagem, é possível ver a cratera Apollo e bacia do Mare Orientale.

A nave Chandrayaan-2 foi lançada no dia 22 de julho deste ano e atingiu a órbita da Lua no dia 20 de agosto.

No dia 7 de setembro a Chandrayaan-2 vai tentar fazer um pouso na superfície lunar em uma planície entre as crateras Manzinus C e Simpelius N. Se tudo der certo, será o primeiro pouso no Polo Sul do satélite da Terra.

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Novo estado quântico da matéria é descoberto, afirmam cientistas

Novo estado quântico da matéria é descoberto, afirmam cientistas

AVANÇO PROMETE AUMENTAR OS RECURSOS DE ARMAZENAMENTO EM DISPOSITIVOS ELETRÔNICOS E APRIMORAR A COMPUTAÇÃO QUÂNTICA (FOTO: PIXABAY)

Uma equipe de físicos da Universidade de Nova York, nos Estados Unidos, descobriu um novo estado da matéria. Segundo eles, o avanço promete aumentar os recursos de armazenamento em dispositivos eletrônicos e aprimorar a computação quântica.

A matéria pode assumir muitas formas, desde os conhecidos sólido, líquido e gasoso, até estados mais complexos, que são encontrados apenas quando as substâncias são levadas aos limites da física. Graças aos pesquisadores um novo estado de matéria foi descoberto e batizado de "supercondutividade topológica".

O achado foi feito graças à análise de uma quasipartícula, um distúrbio que ocorre em um meio e que, convenientemente, pode ser considerado uma partícula. Dentre as quasipartículas está o Férmion de Majorana, que tem como si mesma sua antipartícula, ou seja, ambas têm a mesma massa, mas cargas físicas opostas.

Em sua pesquisa, os especialistas analisaram a transição do estado quântico de convencional para topológico, medindo a barreira de energia entre ambos. Depois, complementaram o estudo medindo diretamente as características de assinatura dessa transição — tudo isso no parâmetro de ordem que governa a nova fase de supercondutividade topológica. Finalmente, a equipe desenvolveu uma nova plataforma, ou seja, uma nova forma de matéria, na qual cálculos poderão ser realizados em computadores quânticos.

Para entender melhor
Computadores quânticos usam o poder da mecânica quântica para realizar tarefas computacionais, como fazer cálculos complexos, com extrema facilidade. Isso porque, enquanto a tecnologia convencional processa informações via bits digitais (que pode ser 0 ou 1), os dispositivos quânticos usam bits quânticos (qubits) para tabular qualquer valor entre 0 e 1, elevando exponencialmente a capacidade e a velocidade do processamento de dados.

Contudo, para que essa tecnologia funcione bem, a área precisa ser mais estudada — e é justamente isso que o estudo analisou. Como as unidades de cálculo dessas máquinas são bastante delicadas e podem ser influenciadas pelo ambiente, tem se sugerido que os Férmions de Majorana poderiam produzir "bons" qubits, pois são partículas mais resistentes.

Até então, acreditava-se que os Férmions de Majorana emergiam em certas transições de fase dos supercondutores, mas foi só graças à nova pesquisa que o fenômeno pôde ser observado: “A nova descoberta de supercondutividade topológica em uma plataforma bidimensional abre o caminho para a construção de qubits topológicos escaláveis, não só para armazenar informações quânticas, mas também para manipular os estados quânticos livres de erros”, disse Javad Shabani, um dos autores do estudo, em comunicado.

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