setembro 2016
Ciência Na Frente
Do Infinitamente Pequeno ao Infinitamente Grande
O projeto DES em busca da energia negra
Por que é que a expansão do Universo é cada vez mais rápida? Para responder a este grande enigma da cosmologia, os cientistas mergulham o seu olhar nos confins do cosmos graças à experiência Dark Energy Survey.
Quase há um século, Edwin Hubble descobriu que o Universo estava em expansão: quase todas as galáxias afastavam-se da Via Láctea e quanto mais distantes estivessem, mais depressa se afastavam. Esta descoberta fundamental foi seguida de outra, em 1998, ainda mais surpreendente: esta expansão estava a acelerar.
Durante a maior parte do século XX, os investigadores supuseram que a gravidade deveria abrandar progressivamente a expansão. Contudo, duas equipas de astrónomos que estudavam supernovas (explosões estelares que servem de referência para medir as distâncias cósmicas) descobriram que a velocidade da expansão da estrutura do espaço-tempo cósmico aumentava. Esta descoberta, confirmada por outras observações, foi recompensada com o prémio Nobel da física em 2011. Mas por que é que o Universo está a acelerar? Este é um dos maiores dos enigmas da ciência moderna.
Para explicar a aceleração cósmica, os cosmólogos apresentaram duas soluções. A primeira afirmava que Albert Einstein não tinha dito tudo sobre a gravitação: embora a gravidade tenha um efeito atrativo sobre a Terra e no Sistema solar, talvez atue de forma diferente, tornando-se uma força repulsiva , quando se tratam de grandes distâncias do espaço intergalático. Assim, será necessário modificar a teoria da gravitação para escalas cósmicas.
A segunda ideia diz-nos que o Universo deverá estar repleto de qualquer coisa invisível (que atualmente chamamos de energia negra) que contraria a força da gravidade e é preponderante em grandes escalas. Medições cósmicas indicam que a energia negra, se existir, constituirá atualmente 70% da massa do Universo (a massa e a energia são equivalentes, segundo a relação de Einstein E = mc2). A restante massa do Universo está repartida pela matéria negra (uma forma invisível da matéria), com 25% e a matéria normal (constituída por átomos, tais como as estrelas, os planetas ou os nossos genes), constituindo à volta de 5% dessa massa.
Esta hipótese da energia negra, bem como a da gravidade alterada em grandes escalas, foi bem recebida porque explica de uma melhor maneira a formação das galáxias e das grandes estruturas do Universo e é compatível com todas as medições que dispomos até agora.
Mas como podemos saber com certeza se a energia negra é a responsável pela aceleração cósmica? E se for mesmo uma energia negra, qual é verdadeiramente a sua natureza? Para responder a estas questões, uma equipa do Fermilab e da Universidade de Chicago, com mais 300 físicos e astrónomos dos Estados Unidos da América, de Espanha, do Reino Unido, do Brasil, da Alemanha e da Suíça, lançaram há alguns anos o projeto de observação astronómica DES (Dark Energy Survey, que significa «pesquisa da energia negra»).
Graças a esta pesquisa, poderemos reconstruir a evolução da expansão cósmica durante os 14 mil milhões de anos da história do Universo. Poderemos ainda estudar o crescimento das grandes estruturas (os vastos aglomerados de galáxias que ocupam o Universo), o que nos permitirá separar as diferentes explicações possíveis da dinâmica de expansão do Universo.
Quase há um século, Edwin Hubble descobriu que o Universo estava em expansão: quase todas as galáxias afastavam-se da Via Láctea e quanto mais distantes estivessem, mais depressa se afastavam. Esta descoberta fundamental foi seguida de outra, em 1998, ainda mais surpreendente: esta expansão estava a acelerar.
Durante a maior parte do século XX, os investigadores supuseram que a gravidade deveria abrandar progressivamente a expansão. Contudo, duas equipas de astrónomos que estudavam supernovas (explosões estelares que servem de referência para medir as distâncias cósmicas) descobriram que a velocidade da expansão da estrutura do espaço-tempo cósmico aumentava. Esta descoberta, confirmada por outras observações, foi recompensada com o prémio Nobel da física em 2011. Mas por que é que o Universo está a acelerar? Este é um dos maiores dos enigmas da ciência moderna.
Para explicar a aceleração cósmica, os cosmólogos apresentaram duas soluções. A primeira afirmava que Albert Einstein não tinha dito tudo sobre a gravitação: embora a gravidade tenha um efeito atrativo sobre a Terra e no Sistema solar, talvez atue de forma diferente, tornando-se uma força repulsiva , quando se tratam de grandes distâncias do espaço intergalático. Assim, será necessário modificar a teoria da gravitação para escalas cósmicas.
A segunda ideia diz-nos que o Universo deverá estar repleto de qualquer coisa invisível (que atualmente chamamos de energia negra) que contraria a força da gravidade e é preponderante em grandes escalas. Medições cósmicas indicam que a energia negra, se existir, constituirá atualmente 70% da massa do Universo (a massa e a energia são equivalentes, segundo a relação de Einstein E = mc2). A restante massa do Universo está repartida pela matéria negra (uma forma invisível da matéria), com 25% e a matéria normal (constituída por átomos, tais como as estrelas, os planetas ou os nossos genes), constituindo à volta de 5% dessa massa.
Esta hipótese da energia negra, bem como a da gravidade alterada em grandes escalas, foi bem recebida porque explica de uma melhor maneira a formação das galáxias e das grandes estruturas do Universo e é compatível com todas as medições que dispomos até agora.
Mas como podemos saber com certeza se a energia negra é a responsável pela aceleração cósmica? E se for mesmo uma energia negra, qual é verdadeiramente a sua natureza? Para responder a estas questões, uma equipa do Fermilab e da Universidade de Chicago, com mais 300 físicos e astrónomos dos Estados Unidos da América, de Espanha, do Reino Unido, do Brasil, da Alemanha e da Suíça, lançaram há alguns anos o projeto de observação astronómica DES (Dark Energy Survey, que significa «pesquisa da energia negra»).
Graças a esta pesquisa, poderemos reconstruir a evolução da expansão cósmica durante os 14 mil milhões de anos da história do Universo. Poderemos ainda estudar o crescimento das grandes estruturas (os vastos aglomerados de galáxias que ocupam o Universo), o que nos permitirá separar as diferentes explicações possíveis da dinâmica de expansão do Universo.
Fonte: Pour la Science - setembro 2016 - n.º 467, p. 50 - Joshua Frieman (adaptado)
Uma nova experiência espetacular permite ver ondas propagarem-se ao contrário, como se remontassem no tempo.
Desde há mais de vinte anos que as equipas de Mathias Fink, do Instituto Langevin, em Paris, exploram o retorno temporal das mais diversas ondas. Os físicos conceberam «espelhos de retorno temporal» que permitem aos ultra-sons ou às micro-ondas «remontarem no tempo», isto é, percorrer a sua trajetória mas no sentido inverso ao inicial e de se focalizarem de forma muito eficaz. Acabam agora de inventar um espelho batizado «espelho temporal instantâneo» e com o qual demonstraram a sua eficácia com as ondas que se propagam na superfície da água: uma brusca agitação vertical do reservatório de água permite observar esse efeito.
Como funciona o retorno temporal? As equações que descrevem a propagação das ondas são simétricas em relação ao tempo. Por outras palavras, nessas equações, se mudarmos t (o parâmetro tempo) em -t, vemos o mesmo tipo de propagação, mas ao contrário, como se as ondas remontassem no tempo. Esta simetria inspirou o princípio dos primeiros espelhos de retorno temporal.
«Numa piscina, criámos uma onda que se propaga a partir de um objeto que mergulhámos na água, diz-nos Mathias Fink. Com a ajuda de captadores dispostos nos bordos da piscina, registou-se durante um certo tempo a evolução da altura da água. Depois invertemos a cronologia temporal deste sinal e que aplicamos sobre pequenos ramos controlados e posicionados no mesmo sítio dos captadores. Fabricamos assim uma onda que converge para o objeto que a originou, como andássemos com o filme para trás.» É este princípio de «retorno temporal dos bordos», aplicado aos ultra-sons e às micro-ondas, e que é utilizado há duas décadas em múltiplas aplicações.
O princípio que está na base desta experiência é mudar bruscamente a velocidade de propagação das ondas e que dependem da gravidade. Para isso, só é necessário uma agitação vertical rápida. Com efeito, ao abanar o recipiente no qual se propagam as ondas, a água fica submetida a uma gravidade aparentemente diferente. Mudar a aceleração é como alterar a gravidade - duas grandezas equivalentes. «De cada vez, as ondas propagam-se todas com uma certa velocidade, mas após a agitação, provoca-se uma descontinuidade temporal: mudou-se por todo o lado a velocidade, de uma forma instantânea», precisa Mathias Fink. Com um recipiente cheio de água, onde uma onda se propague, vemos, após a agitação, a onde refocalizar-se na sua fonte de origem. Espera-se a aplicação deste princípio para outras ondas (acústicas, eletromagnéticas, luminosas...).
2 - Lua a 6ºn de Mercúrio - 18:00
2 - Lua a 0,4ºN de Júpiter - 23:00
6 - Lua no apogeu a 405 054 Km da Terra - 19:45
8 - Lua a 4ºN de Saturno - 22:00
13 - Mercúrio em conjunção inferior - 01:00
16 - Eclipse penumbral, entre as 17:54 e as 21:53
18 - Lua no perigeu a 361 896,5 Km da Terra - 18:00
22 - Lua a 0,2ºN de Aldebarã - 00:00
22 - Equinócio de outono - 15:21
28 - Mercúrio sobe o mais alto, antes do amanhecer, como outra estrela da manhã
Novo espelho temporal
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| 1 - Um objeto em forma de torre Eiffel é mergulhado num recipiente cheio de água (200 milissegundos antes da agitação). 2 - As ondas propagam-se na superfície da água (100 milisegundos antes da agitação). 3 - Provoca-se uma forte agitação do recipiente (agitação). 4 - As ondas refocalizam-se na sua fonte original (200 milisegundos após a agitação). |
Uma nova experiência espetacular permite ver ondas propagarem-se ao contrário, como se remontassem no tempo.
Desde há mais de vinte anos que as equipas de Mathias Fink, do Instituto Langevin, em Paris, exploram o retorno temporal das mais diversas ondas. Os físicos conceberam «espelhos de retorno temporal» que permitem aos ultra-sons ou às micro-ondas «remontarem no tempo», isto é, percorrer a sua trajetória mas no sentido inverso ao inicial e de se focalizarem de forma muito eficaz. Acabam agora de inventar um espelho batizado «espelho temporal instantâneo» e com o qual demonstraram a sua eficácia com as ondas que se propagam na superfície da água: uma brusca agitação vertical do reservatório de água permite observar esse efeito.
Como funciona o retorno temporal? As equações que descrevem a propagação das ondas são simétricas em relação ao tempo. Por outras palavras, nessas equações, se mudarmos t (o parâmetro tempo) em -t, vemos o mesmo tipo de propagação, mas ao contrário, como se as ondas remontassem no tempo. Esta simetria inspirou o princípio dos primeiros espelhos de retorno temporal.
«Numa piscina, criámos uma onda que se propaga a partir de um objeto que mergulhámos na água, diz-nos Mathias Fink. Com a ajuda de captadores dispostos nos bordos da piscina, registou-se durante um certo tempo a evolução da altura da água. Depois invertemos a cronologia temporal deste sinal e que aplicamos sobre pequenos ramos controlados e posicionados no mesmo sítio dos captadores. Fabricamos assim uma onda que converge para o objeto que a originou, como andássemos com o filme para trás.» É este princípio de «retorno temporal dos bordos», aplicado aos ultra-sons e às micro-ondas, e que é utilizado há duas décadas em múltiplas aplicações.
O princípio que está na base desta experiência é mudar bruscamente a velocidade de propagação das ondas e que dependem da gravidade. Para isso, só é necessário uma agitação vertical rápida. Com efeito, ao abanar o recipiente no qual se propagam as ondas, a água fica submetida a uma gravidade aparentemente diferente. Mudar a aceleração é como alterar a gravidade - duas grandezas equivalentes. «De cada vez, as ondas propagam-se todas com uma certa velocidade, mas após a agitação, provoca-se uma descontinuidade temporal: mudou-se por todo o lado a velocidade, de uma forma instantânea», precisa Mathias Fink. Com um recipiente cheio de água, onde uma onda se propague, vemos, após a agitação, a onde refocalizar-se na sua fonte de origem. Espera-se a aplicação deste princípio para outras ondas (acústicas, eletromagnéticas, luminosas...).
O que posso observar no céu de setembro?
2 - Lua a 6ºn de Mercúrio - 18:00
2 - Lua a 0,4ºN de Júpiter - 23:00
6 - Lua no apogeu a 405 054 Km da Terra - 19:45
8 - Lua a 4ºN de Saturno - 22:00
13 - Mercúrio em conjunção inferior - 01:00
16 - Eclipse penumbral, entre as 17:54 e as 21:53
18 - Lua no perigeu a 361 896,5 Km da Terra - 18:00
22 - Lua a 0,2ºN de Aldebarã - 00:00
22 - Equinócio de outono - 15:21
28 - Mercúrio sobe o mais alto, antes do amanhecer, como outra estrela da manhã
Fases da Lua em setembro
01 - às 10h 03min - nova
9 - às 12h 49min - crescente
9 - às 12h 49min - crescente
16 - às 20h 05min - cheia
23 - às 10h 56min - minguante
Planetas visíveis a olho nu em setembro
MERCÚRIO - Poderá ser visto somente próximo do horizonte, a leste, antes do nascimento do Sol ou a oeste, depois do ocaso do Sol. Mercúrio pode ser visto, durante este mês, ao fim da tarde, até 6 de setembro. A partir de 20 de setembro e até ao fim do mês será visível de manhã.
VÉNUS - Pode ser visto, até ao final do ano, como estrela da tarde.
MARTE - Pode ser visto toda a noite na constelação de Ofiúco.
JÚPITER - Só pode ser visto na constelação da Virgem. A partir de meados de setembro deixa de estar visível por se encontrar muito próximo do sol.
SATURNO - Pode ser visto toda a noite.
VÉNUS - Pode ser visto, até ao final do ano, como estrela da tarde.
MARTE - Pode ser visto toda a noite na constelação de Ofiúco.
JÚPITER - Só pode ser visto na constelação da Virgem. A partir de meados de setembro deixa de estar visível por se encontrar muito próximo do sol.
SATURNO - Pode ser visto toda a noite.
Fonte: Observatório Astronómico de Lisboa
Visibilidade da Estação Espacial Internacional
(para localizações aproximadas de 41.1756ºN, 8.5493ºW)
| Data | Magnitude | Início | Ponto mais alto | Fim | Tipo da passagem | ||||||
| (mag) | Hora | Alt. | Az. | Hora | Alt. | Az. | Hora | Alt. | Az. | ||
| 28-9 | -2,5 | 21:03:38 | 10° | SO | 21:05:57 | 42° | SSO | 21:05:57 | 42° | SSO | visível |
| 29-9 | -2,6 | 20:11:54 | 10° | SSO | 20:14:52 | 33° | SE | 20:16:37 | 19° | E | visível |
| 29-9 | -0,3 | 21:48:24 | 10° | O | 21:49:20 | 16° | O | 21:49:20 | 16° | O | visível |
| 30-9 | -2,6 | 20:56:00 | 10° | OSO | 20:59:10 | 51° | NNO | 20:59:47 | 43° | N | visível |
| 1-10 | -3,4 | 20:03:49 | 10° | SO | 20:07:03 | 86° | SE | 20:10:05 | 12° | NE | visível |
| 1-10 | -0,4 | 21:41:24 | 10° | ONO | 21:42:46 | 17° | NO | 21:42:46 | 17° | NO | visível |
| 2-10 | -1,5 | 20:48:45 | 10° | O | 20:51:35 | 27° | NNO | 20:52:55 | 20° | NNE | visível |
| 3-10 | -2,2 | 19:56:14 | 10° | OSO | 19:59:21 | 42° | NNO | 20:02:28 | 10° | NE | visível |
| 3-10 | -0,3 | 21:34:30 | 10° | NO | 21:35:38 | 14° | NNO | 21:35:38 | 14° | NNO | visível |
| 4-10 | -0,9 | 20:41:44 | 10° | ONO | 20:44:05 | 18° | NNO | 20:45:36 | 14° | NNE | visível |
| 5-10 | -1,3 | 19:49:00 | 10° | O | 19:51:43 | 24° | NNO | 19:54:27 | 10° | NE | visível |
| 5-10 | -0,3 | 21:27:25 | 10° | NNO | 21:28:09 | 12° | NNO | 21:28:09 | 12° | NNO | visível |
| 6-10 | -0,8 | 20:34:45 | 10° | NO | 20:36:37 | 14° | N | 20:38:00 | 12° | NNE | visível |
| 7-10 | -0,9 | 19:41:57 | 10° | ONO | 19:44:10 | 17° | NNO | 19:46:22 | 10° | NNE | visível |
| 7-10 | -0,3 | 21:19:51 | 10° | NNO | 21:20:27 | 12° | NNO | 21:20:27 | 12° | NNO | visível |
Como usar esta grelha:
Coluna Data - data da passagem da Estação;
Coluna Brilho/Luminosidade (magnitude) - Luminosidade da Estação (quanto mais negativo for o número maior é o brilho);
Coluna Hora - hora de início, do ponto mais alto e do fim da passagem;
Coluna Altitude - altitude medida em graus tendo o horizonte como ponto de partida 0º;
Coluna Azimute - a direção da Estação tendo o Norte geográfico como ponto de partida.
Coluna Azimute - a direção da Estação tendo o Norte geográfico como ponto de partida.
Fonte: http://www.heavens-above.com/
Vídeo do Mês
Cosmos - viagens no tempo e no espaço
Imagem do Mês
Jovens sóis da NGC 7129
Há sóis jovens que permanecem na poeirenta NGC 7129, a 3000 anos-luz na direção da real constelação de Cefeu. Enquanto estas estrelas têm uma idade relativamente jovem, com apenas alguns milhões de anos, parecem-se com o nosso Sol que também se formou numa maternidade estelar, mas há biliões de anos. Aquilo que é mais notório nesta imagem são as nuvens de poeira azuladas que refletem a luz das estrelas juvenis. Mas as compactas e profundas formas vermelhas são também marcas de objetos estelares jovens e energéticos. Conhecidos como objetos Herbig-Haro, a sua forma e cor são características do brilhante gás de hidrogénio, lançados por jatos das estrelas recém-nascidas. No final, o gás e a poeira desta região disperssar-se-á e as estrelas afastar-se-ão à medida que este aglomerado orbita o centro da galáxia.
Fonte: www.nasa.gov
Fonte: www.nasa.gov
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