Os Buracos Negros

Sabemos muito pouco ou quase nada a respeito de buracos negros. É um lugar onde há um paradoxo físico quando as leis da nossa física não podem ser aplicadas porque resultam em absurdos matemáticos. Em termos gerais, um buraco negro é uma região do espaço que tem tanta massa concentrada que não há nenhuma maneira de um objeto  escapar de sua atração gravitacional. A densidade gigantesca do buraco negro faz com que esse poço gravitacional seja tão forte que nem mesmo a luz pode escapar dele.

O que é Horizonte de Eventos ?
Na Teoria da Relatividade Geral de Albert einstein, horizonte de eventos é um termo utilizado para as fronteiras do espaço-tempo, definido de acordo com um ponto do observador, de onde os eventos não podem interagir com o mesmo.
Um buraco negro é cercado por um horizonte de eventos. O universo observável, como o nome já diz, é o universo que podemos observar e que se expande a um segundo-luz por segundo desde o Big Bang há bilhões de anos. Pelo que parece o Horizonte de Eventos é uma fronteira imaginária ao redor de um buraco negro.
Por definição, os horizontes de eventos são invisíveis, isto é, impossível provar a sua existência. No entanto, a observação de objetos compactos que atraem gás para as suas superfícies parece ser um bom processo de obter provas satisfatórias.

Em 2002, cientistas norte-americanos propuseram uma teoria que também retira a noção de "buraco" dos buracos negros, transformando-os em bolhas, ou gravastars.
A existência dos buracos negros, deduzida a partir das equações da relatividade geral, tem sido comprovada indiretamente por numerosas observações astronômicas, mas ainda há muito o que entender sobre sua natureza.
Você pode resolver as equações da relatividade geral e ver como os buracos negros surgem, mas também surgem no contexto do padrão da física newtoniana. Considere um foguete lançado da Terra para o espaço. Para o foguete livrar-se da atração gravitacional da Terra, ele deve estar se movendo na velocidade de escape (a situação real é muito mais complicado do que isso). Podemos encontrar a velocidade de escape para qualquer objeto de massa m, de distância de um objeto com maior massa de massa M, definindo a energia cinética do objeto, 1/2 mv², igual à energia potencial do objeto no campo gravitacional do objeto massivo de , GMM / r, onde G é constante gravitacional de Newton. Uma coisa terrível acontece se você considerar que o objeto esta se movendo a uma velocidade equivalente à velocidade da luz, "c". De repente, você encontra lá em uma combinação de massa e  raio que cria um objeto tão denso a partir do qual nem mesmo a luz pode escapar (horizonte de eventos).

Uma solução conhecida como a métrica de Schwarzschild é uma descrição bastante sucinta do espaço-tempo ao redor de um buraco negro que não está girando:

Os detalhes destas equações não são importantes nesse momento. Mesmo porque não é minha intenção transformar esse tema e muitos outros em debates acadêmicos. Considere isso mais um dado a ser pesquisado...OK
Na próxima publicação vamos saber como se formam os buracos negros...

O buraco negro supermaciço do centro da nossa galáxia está dentro da região branca brilhante na primeira parte da imagem (telescópio espacial Chandra)

Eu recomendo que você assista ao vídeo. Explicações sobre buracos negros e o conceito de Horizonte de Eventos….é muito bom…!

Ponte Einstein-Rosen

Em 1916, Einstein apresentou sua teoria da relatividade geral, uma teoria que até hoje continua a ser o modelo padrão para a gravitação. Vinte anos mais tarde, ele e seu colaborador de longa data  Nathan Rosen publicaram um artigo mostrando que no formalismo da relatividade geral está implícita uma estrutura curva no espaço que pode unir duas regiões distantes do espaço-tempo através de um túnel como um atalho espacial. O objetivo do trabalho de Einstein e Rosen não era para promover as viagens mais rápidas que a luz pelo universo, mas tentar explicar as partículas fundamentais como elétrons em espaço-túneis encadeado por linhas elétricas de força. A Ponte Einstein-Rosen (buraco de minhoca) baseia-se no trabalho feito por Schwarzschild na resolução das equações de Einstein, uma das soluções para estas equações foi a previsão de buracos negros.

Imaginando que o espaço é um plano bidimensional curvado, estes seriam formados por duas massas que aplicam força suficiente no espaço-tempo para criar um túnel que conecta pontos distantes do universo (buracos de minhoca).

Uma das previsões notáveis da geometria de Schwarzschild era que se uma massa, M, for comprimida para dentro de um raio crítico (rs), hoje denominado raio de Schwarzschild (o ponto mais visível), sua gravidade iria tornar-se tão forte que nem a luz pudesse escapar. O raio de Schwarzschild (rs), de uma massa, M, é dada por:

Isto levou à formulação da teoria dos buracos negros. Einstein foi trabalhar com Nathan Rosen e em 1935, eles produziram um documento que mostrava evidências de uma ponte entre um buraco negro e um buraco branco, e que levou o nome de Ponte de Einstein-Rosen.
Um buraco branco (solução negativa da raiz quadrada dentro do horizonte de eventos) é um buraco negro indo para trás no tempo. Assim como os buracos negros engolem coisas, os buracos brancos fazem o oposto. No entanto buracos brancos não podem existir, uma vez que viola a segunda lei da termodinâmica…!!!

Na verdade, esta ideia, de usar um “buraco de minhoca” para viajar grandes distâncias foi utilizado por Carl Sagan, em um romance escrito em 1985 chamado “Contato” . Em seu romance ele queria um método de mover um personagem mais rápido que a velocidade da luz embora de uma forma a não violar a Relatividade.

Se um buraco de minhoca pode ser mantido aberto o tempo suficiente para uma nave espacial (ou qualquer outro objeto) passar, conclui-se que para manter um buraco de minhoca aberto exigiria uma densidade negativo de energia e uma grande pressão negativa. Tal questão hipotética é chamada matéria exótica.
Embora a existência de matéria exótica seja especulativa, uma maneira conhecida de produzir energia de densidade negativa: o efeito Casimir.

Raios Cósmicos Galácticos

Os raios cósmicos galácticos (GCR) são uma fonte de fundo altamente e energeticamente variável de partículas que constantemente bombardeiam a Terra. O GCR se origina fora do sistema solar e provavelmente é formado por eventos explosivos como uma supernova. Essas partículas altamente energéticas consistem essencialmente de todos os elementos que variam de hidrogênio, representando aproximadamente 89% do espectro GCR, ao urânio, que é encontrado somente em quantidades muito pequenas. Esses núcleos são totalmente ionizados, o que significa que todos os elétrons foram retirados desses átomos. Devido a isso, essas partículas interagem e são influenciadas por campos magnéticos. Os fortes campos magnéticos do Sol modulam o fluxo e o espectro de GCR na Terra.

Ao longo de um ciclo solar, o vento solar modula a fração das partículas de GCR de baixa energia, de modo que a maioria não pode penetrar na Terra perto do máximo solar. Perto do mínimo solar, na ausência de muitas ejeções de massa coronal e seus campos magnéticos correspondentes, as partículas GCR têm acesso mais fácil à Terra. Assim como o ciclo solar segue um ciclo de aproximadamente 11 anos, o mesmo acontece com o GCR, com seu máximo, chegando perto do mínimo solar. Mas, ao contrário do ciclo solar, onde explosões de atividade podem mudar o ambiente rapidamente, o espectro GCR permanece relativamente constante em energia e composição, variando apenas lentamente com o tempo.

Essas partículas carregadas estão viajando em frações da velocidade da luz e têm uma tremenda energia. Quando essas partículas atingem a atmosfera, grandes chuvas de partículas secundárias são criadas e algumas chegando ao chão. Essas partículas representam pouca ameaça para os seres humanos e os sistemas no solo, mas podem ser medidas com instrumentos sensíveis. O próprio campo magnético da Terra também trabalha para proteger a Terra dessas partículas, desviando-as amplamente das regiões equatoriais, mas fornecendo pouca proteção perto das regiões polares ou acima de aproximadamente 55 graus de latitude magnética (a latitude magnética e a latitude geográfica são diferentes devido à inclinação e deslocamento do campo magnético da Terra a partir do seu centro geográfico). Estas chuvas constante de partículas GCR em altas latitudes pode resultar em exposições aumentas de radiação para tripulantes e passageiros de aviões em altas latitudes e altitudes. Além disso, essas partículas podem facilmente passar ou parar em sistemas de satélites, às vezes depositando energia suficiente para resultar em erros ou danos em sistemas eletrônicos e sistemas espaciais.
Fonte: http://www.swpc.noaa.gov

Distância e Órbita entre a Terra e Marte

A Terra e Marte são planetas vizinhos e têm algumas coisas em comum. Ambos são de natureza terrestre (isto é, rochosos), ambos têm eixos inclinados, e orbitam o Sol dentro da zona circunstelar habitável. E durante o curso de seus períodos orbitais (ou seja, um ano) ambos os planetas experimentam variações na temperatura e mudanças em seus padrões climáticos sazonais. No entanto, devido a seus diferentes períodos orbitais, um ano em Marte é significativamente mais longo do que um ano na Terra, quase o dobro do tempo. E porque suas órbitas são diferentes, a distância entre os dois planetas varia consideravelmente. Basicamente, a cada dois anos a Terra e Marte vão estar "em conjunção" (onde estão mais distantes uns do outro).

A Terra orbita o Sol a uma distância média (semi-eixo maior) de 149.598.023 km, variando de 147.095.000 km no periélio e 152.100.000 km no afélio. A essa distância, e com uma velocidade orbital de 29,78 km / s, o tempo que leva para o planeta completar uma única órbita do Sol (ou seja, período orbital) leva cerca de 365,25 dias.
A imagem (1) mostra as órbitas da Terra e de Marte. Crédito: NASA

Marte, por sua vez, orbita o Sol a uma distância média de 227,939,200 km, variando de 206,700,000 km no periélio a 249,200,000 km no afélio. Dada esta diferença de distância, Marte orbita o Sol a uma velocidade mais lenta (24,077 km / s) e leva cerca de 687 dias terrestres (ou 668,59 sols Marte) para completar uma única órbita. Em outras palavras, um ano marciano tem quase 700 dias de duração, o que equivale a 1,88 vezes o tempo de um ano na Terra. Por definição, uma "oposição Marte" ocorre quando o planeta Terra passa entre o Sol e o planeta Marte. O termo refere-se ao fato de que Marte e o Sol aparecem em lados opostos do céu. Por causa de suas órbitas, oposições ocorre a cada 2 anos e 2 meses, 779,94 dias da Terra para ser preciso. De nossa perspectiva aqui na Terra, Marte parece estar se erguendo no leste assim como o Sol se põe no oeste.
A cada dois anos, a Terra passa por Marte enquanto orbitam ao redor do Sol. Crédito: NASA (Imagem - 2)

Por fim, a Terra e Marte não orbitam o Sol exatamente no mesmo plano, ou seja, suas órbitas são ligeiramente inclinadas em relação umas às outras. Devido a isso, Marte e a Terra se tornam mais próximos uns do outro apenas a longo prazo. Por exemplo, a cada 15 ou 17 anos, uma oposição ocorrerá dentro de algumas semanas do periélio de Marte. Quando acontece quando a Marte está mais próxima do Sol (chamada "oposição perihelic"), Marte e Terra ficam particularmente próximos.
No entanto, as abordagens mais próximas entre os dois planetas só acontecem ao longo dos séculos. Para tornar as coisas ainda mais confusas, ao longo dos últimos séculos, a órbita de Marte tem se tornado cada vez mais alongada, levando o planeta ainda mais próximo do Sol no periélio e ainda mais distante no afélio. Assim, futuras oposições trará a terra e Marte ainda mais perto.

As Estações do Ano

A órbita da Terra em torno do Sol não é exatamente um círculo. A órbita da Terra em torno do sol é ligeiramente elíptica. Portanto, a distância entre a Terra e o Sol varia ao longo do ano. Em seu ponto mais próximo da elipse, que é a órbita da Terra em torno do Sol, a Terra fica a 147.166.462 km do sol. Este ponto é conhecido como periélio e ocorre em janeiro.
No seu ponto mais distante a Terra fica a 152.171.522 km do sol. Este ponto é chamado afélio que ocorre em julho (figura abaixo).

A ligeira elipse (órbita da terra) tem um impacto quase desprezível sobre a quantidade de energia solar que está sendo recebido pela Terra. Essa diferença é de apenas 3,3%. A Terra leva 365 dias, 5 horas, 48 minutos e 46 segundos (365,242199 dias) para fazer uma volta completa em torno do sol.

Muitas pessoas acreditam que as estações da Terra tem relação com a distância da Terra ao Sol. Mas não é bem assim. Em vez disso, a Terra tem estações porque o eixo de rotação do nosso planeta é inclinado em um ângulo de 23,5 graus em relação ao nosso plano orbital (plano da órbita da Terra em torno do sol). A inclinação do eixo da Terra é chamado obliquidade.
Ao longo de um ano, o ângulo de inclinação não varia. Em outras palavras, o eixo norte terrestre esta sempre no mesmo sentido que aponta para o espaço. Neste momento a direção é mais ou menos na direção da estrela que chamamos de Polaris, a Estrela do Norte. Mas a orientação da inclinação da Terra em relação ao Sol é que muda à medida que orbita o Sol. Em outras palavras, o hemisfério norte está orientado para o sol durante metade do ano e longe do sol para a outra metade. O mesmo acontece com o hemisfério sul (Solstício de inverno e verão - Equinócio de outono e primavera).

Quando o hemisfério norte esta orientado para o sol, essa região da Terra aquece devido a um ângulo mais direto, portando, verão. As estações no hemisfério sul ocorre em momentos opostos ao hemisfério norte. Norte verão e Sul inverno.
Resumindo: A Terra gira sobre o seu eixo, que está inclinado em 23,5 graus. Esta inclinação resulta nos diferentes graus de radiação solar na Terra, isto é, o sol emite raios que atingem a superfície da terra em diferentes ângulos. Estes raios transmitem altos nível de energia quando atingem a Terra em um ângulo reto (90°). As temperaturas nessas áreas tendem a ser muito quentes (próximas ao equador). Em outros locais, onde os ângulos são menores, tendem a ser mais frio(próximas aos polos).
Como a Terra gira sobre seu eixo inclinado em torno do Sol, diferentes partes da Terra receber níveis diferentes de energia radiante. Isso cria as estações do ano.
Nota: A Terra gira sobre seu próprio eixo em um sentido anti-horário em um ângulo de 23,4 graus.

É importante falar alguma coisa sobe o chamado Ciclos de Milankovitch.
Mudanças cíclicas na órbita da Terra em relação ao Sol, os chamados ciclos de Milankovitch, têm sido relacionados com os últimos períodos glaciais e interglaciais. Estes ciclos incluem mudanças na excentricidade da Terra, inclinação axial e precessão (figura abaixo).

Excentricidade é a forma da órbita da Terra em torno do sol, que pode mudar de menos a mais elíptica ao longo de um período de cerca de 100.000 anos. Mudanças na inclinação axial representam alterações no eixo da Terra em relação ao seu plano da órbita em torno do sol. Oscilações que variam gama na inclinação axial de 22,5 a 24,5 graus e ocorrem a cada 41 mil anos. Precessão representa oscilação lenta da Terra à medida que gira sobre seu eixo. Precessão tem uma periodicidade de 23.000 anos.