Quasares com uma lente gravitacional de imagem dupla podem ajudar a descobrir o quão rápido o universo está se expandindo.

Quão rápido o Universo está em expansão? Essa é uma questão que os astrônomos não conseguiram responder com precisão. Eles têm um nome para a taxa de expansão do Universo: A Constante de Hubble, ou Lei de Hubble. Mas as medições continuam chegando com valores diferentes, e os astrônomos têm debatido sobre essa questão há décadas.
A ideia básica por trás da medição da Constante do Hubble é observar fontes de luz distantes, geralmente um tipo de supernova ou estrelas variáveis chamadas de "velas padrão", e medir o desvio para o vermelho. Mas não importa o quanto os astrônomos façam isso, eles não podem chegar a um valor acordado, apenas uma gama de valores. Um novo estudo envolvendo quasares e lentes gravitacionais pode ajudar a resolver o problema.

Que o Universo está se expandindo não está em questão. Nós sabemos disso há cerca de 100 anos. A luz de galáxias distantes é deslocada para o vermelho à medida que se afastam de nós, e medir esse desvio para o vermelho produziu valores diferentes para a expansão universal.

A taxa de expansão é medida em quilômetros por segundo por megaparsec, escrita como (km / s) / Mpc. Assim, por exemplo, algo se expandindo a uma taxa de 10 (km / s) / Mpc significa que dois pontos no espaço 1 megaparsec separados (o equivalente a 3,26 milhões de anos-luz) estão se afastando uns dos outros a uma velocidade de 10 quilômetros por segundo.
Quando foi descoberto pela primeira vez na década de 1920, a taxa de expansão foi estimada em 625 kps / Mpc. Mas a partir da década de 1950, uma pesquisa melhor mediu-a como menos de 100 kps / Mpc. Nas últimas décadas, vários estudos mediram a taxa de expansão e chegaram a velocidades entre 67 a 77 kps / Mpc.

Mas a ciência não aceita uma série de respostas para algo que deveria ter um valor. Não seria ciência se isso acontecesse. Assim, os cientistas continuam tentando maneiras diferentes de medir a Constante de Hubble para ver se conseguem acertar, porque a constante de Hubble é mais do que apenas uma medida da expansão do universo.

Um novo estudo recém publicado no Monthly Notices da Royal Astronomical Society está tentando um novo método de medir a Constante de Hubble. A pesquisa é liderada por uma equipe de astrônomos da UCLA e conta com quasares distantes, cuja luz passa por lentes gravitacionais antes de atingir a Terra.

Os quasares são objetos ultraluminosos. Eles também são chamados de núcleos galácticos ativos, porque eles parecem serem causados ​​por buracos negros supermassivos no centro das galáxias. A radiação eletromagnética que eles emitem é causada pelo disco de acreção em torno do buraco negro. Conforme o disco de matéria ao redor do buraco acelera, emite uma enorme quantidade de energia.
Como os quasares são tão luminosos, eles podem ser vistos a grandes distâncias. Isso os torna não apenas objetos fascinantes de estudo, mas também úteis como marcadores para o estudo da Lei de Hubble.

A lente gravitacional ocorre quando a fonte de luz de um objeto extremamente distante, quasares neste estudo, encontra uma galáxia intermediária antes de atingir os observadores na Terra. A massa extrema da galáxia é suficiente para curvar a luz, semelhante à forma que uma lente de vidro faz. O resultado é uma espécie de efeito de "casa dos espelhos". A imagem abaixo mostra o que parece. A descoberta de lentes gravitacionais está mais intimamente associada com Einstein, embora não tenha sido até 1979 que foi observada.

Imagem de uma galáxia vermelha luminosa (LRG) gravitacionalmente distorcendo a luz de uma galáxia azul muito mais distante, uma técnica conhecida como lente gravitacional. Crédito: ESA / Hubble e NASA.

Este estudo se concentrou em quasares duplos. Um quasar duplo, às vezes chamado de quasar gêmeo, não são dois quasares próximos uns dos outros, mas sim um efeito de lente gravitacional. Com um duplo quasar, sua luz é focalizada em torno de uma galáxia intermediária antes de atingir a Terra, produzindo duas imagens do quasar. Nenhum estudo anterior os usou para tentar determinar a taxa de expansão do Universo.
Quando a luz do quasar é dobrada em torno da galáxia intermediária, produzindo duas imagens do mesmo quasar, ela cria uma oportunidade única de observação. A luz que cria as imagens separadas do quasar percorre um caminho diferente para cada imagem. Quando a luz do quasar flutua, há um atraso em cada uma das duas imagens.

Medindo o intervalo de tempo entre as cintilações e conhecendo a massa da galáxia interveniente, a equipe deduziu as distâncias entre a Terra, a galáxia de lentes e o quasar. Conhecer os redshifts do quasar e da galáxia permitiu que os cientistas estimassem a rapidez com que o universo está se expandindo.
Este estudo focalizou o duplo quasar chamado SDSS J1206 + 4332, e também se baseou em dados do Telescópio Espacial Hubble, dos observatórios Gemini e WM Keck, e da rede de Monitoramento Cosmológico de Lentes Gravitacionais, ou  COSMOGRAIL . A equipe passou vários anos fazendo imagens diárias do quasar duplo, o que lhes dava medidas muito precisas do tempo decorrido entre os piscar. Quando combinado com os outros dados, deu aos astrônomos uma das melhores medidas da Constante Hubble.

A equipe chegou a um valor de 72,5 quilômetros por segundo por megaparsec. Isso o coloca em linha com outras medidas que usaram supernovas distantes como velas padrão para medir a Constante de Hubble. Mas é cerca de 7% maior do que as medições que dependem do Fundo Cósmico de Microondas para medi-lo.

Este não é o fim do debate sobre a lei de Hubble. Ainda há essa diferença incômoda entre os métodos de medição. O que isso significa? "Se houver uma diferença real entre esses valores, isso significa que o universo é um pouco mais complicado", disse Treu. Treu também disse que uma das medições, ou até as três, estão erradas.
Fonte: Monthly Notices da Royal Astronomical Society, UNIVERSE TODAY.

A Panspermia

A teoria da Panspermia afirma que a vida existe através do cosmos e foi distribuída entre planetas, estrelas e até galáxias por asteroides, cometas, meteoritos e outros corpos celestes. A este respeito, a vida começou na Terra há cerca de 4 bilhões de anos, depois que aminoácidos ou mesmo  microorganismos pegaram uma carona nas rochas espaciais e pousaram na superfície de planetas como a Terra. Ao longo dos anos, pesquisas consideráveis ​​foram dedicadas a demonstrar que os vários aspectos desta teoria funcionam.

O mais recente estudo vem da Universidade de Edimburgo, onde o professor Arjun Berera oferece outro método possível para o transporte de moléculas da vida. De acordo com seu estudo recente, o pó espacial que periodicamente entra em contato com a atmosfera da Terra poderia ser o que trouxe vida ao nosso mundo há bilhões de anos. Se for verdade, esse mesmo mecanismo poderia ser responsável pela distribuição da vida ao longo do Universo.
Por causa de seu estudo, que foi publicado recentemente em Astrobiologia sob o título "Colisões de poeira espacial como um mecanismo de escape planetário ", o Prof. Berera examinou a possibilidade de que o "pó" espacial pudesse facilitar o escape de partículas da atmosfera terrestre. Estes incluem moléculas que indicam a presença da vida na Terra (também conhecida como biosignatura), mas também a vida microbiana e as moléculas que são essenciais para a vida.

Os fluxos rápidos de poeira interplanetária afetam a nossa atmosfera regularmente, a uma taxa de cerca de 100.000 kg (110 toneladas) por dia. Esta poeira varia em massa de 10 a 18 gramas e pode atingir velocidades de 10 a 70 km / s (6.21 a 43.49 mps).
Essas moléculas consistiriam em grande parte das que estão presentes na termosfera. Neste nível, essas partículas consistiriam principalmente de elementos quimicamente desassociados, como o nitrogênio molecular e o oxigênio. Mas mesmo nesta altitude, também se sabe que existem partículas maiores como as que são capazes de abrigar bactérias ou moléculas orgânicas. Como o Dr. Berera afirma em seu estudo.

Berera considera o estranho caso de tardigrades, micro-animais de oito pernas que também são conhecidos como "ursos da água". Experimentos anteriores mostraram que esta espécie é capaz de sobreviver no espaço, sendo ambos fortemente resistentes à radiação e condições extremas. Portanto, é possível que tais organismos, se fossem eliminados da atmosfera superior da Terra, pudessem sobreviver o tempo suficiente viajando de volta a outro planeta.

O pequeno Tardigrade (também conhecido como "urso da água"), que poderia ser a criatura mais resistente da Terra. Crédito: Publicações Katexic, inalteradas, CC2.0

Claro, o processo de moléculas que escapam da nossa atmosfera apresenta certas dificuldades. Para iniciantes, requer que exista uma força ascendente suficiente que possa acelerar essas partículas para escapar das altas velocidades. Em segundo lugar, se essas partículas são aceleradas a partir de uma altitude muito baixa (ou seja, na estratosfera ou abaixo), a densidade atmosférica seria alta o suficiente para criar forças de arrasto que retardariam as partículas que se movem para cima.
Naturalmente, isso levanta outra questão importante, que é se esses organismos poderiam ou não sobreviver no espaço. Mas, como Berera observa, estudos anteriores confirmaram a capacidade dos micróbios para sobreviver no espaço

O Efeito Doppler

O Universo em que vivemos está expandindo. Sabemos disso porque vemos galáxias e grupos de galáxias se afastando progressivamente no universo. Esta expansão tem ocorrido desde que o universo foi formado há 14 bilhões de anos em um evento muito quente, denso conhecido como o Big Bang.
O espaço e o tempo foram criados no Big Bang. No início do universo, o espaço foi totalmente preenchido com a matéria. A matéria era originalmente muito quente e muito densa e então se expandiu e esfriou para eventualmente produzir as estrelas e galáxias que vemos hoje no universo.
Não se sabe o que existia antes do Big Bang. Esta questão é difícil de responder. Algumas teorias sugerem que nosso universo é parte de uma infinidade de universos (chamados de um multiverso), que estão sendo continuamente criados. Isto é possível mas muito difícil de provar.

Como sabemos que as galáxias estão se afastando ?
Vejamos um exemplo: Você já ouviu o apito de um trem em movimento, o que a acontece quando esse trem se distancia mais de você ? O som do apito parece diferente embora não seja diferente, é o mesmo som. É uma consequência do Efeito Doppler . Quando o trem se afasta do ouvinte, as cristas das ondas sonoras são “esticadas” ou deslocadas, resultando em um tom mais baixo. Quanto mais rápido o trem se afasta, mais esticado as ondas se tornam. O mesmo vale para qualquer objeto emissor de onda, quer se trate de ondas sonoras, ondas de luz ou ondas de rádio.Por outro lado, o comprimento de onda de objetos que estão se aproximando de nós são mais curtos do que aqueles emitidos por um objeto em repouso.

Átomos emitem ou absorvem a luz em comprimentos de onda característicos: hidrogênio, hélio, e todos os outros elementos atômicos têm seus próprios espectro ou assinatura. Na primeira metade deste século, Vesto Slipher estava estudando os espectros de luz emitida a partir de galáxias próximas. Ele notou que a luz vinda de muitas galáxias eram deslocadas para o comprimento de onda vermelho, isto é, no final do espectro. A interpretação mais simples desta “mudança” foi que as galáxias estavam se afastando de nós, como no Efeito Doppler .

Se medirmos a mudança do espectro de uma estrela, sabemos que se aproximam ou se afastam de nós. Mas esta mudança é para o vermelho, indicando que o foco da radiação ta indo embora. Isso é interpretado como uma confirmação da expansão do universo.
No começo parece que as galáxias estão se afastando da Via Láctea em todas as direções, dando a impressão de que nossa galáxia é o centro do universo.

Este efeito é devido à forma como o Universo se expande. É como se a Via Láctea e outras galáxias estivessem localizados em pontos na superfície de um balão. Inflando o balão todos os pontos se distanciariam de nós. Se mudarmos a nossa posição em qualquer um dos outros pontos e realizássemos a mesma operação, observaríamos a mesma coisa.
Lembrando que o efeito Doppler também pode ser aplicado à Luz, portando é só transportar a ideia das ondas sonoras para as ondas eletromagnéticas…
Assista ao vídeo:

A Matéria Escura

Sistemas extragalácticos como galáxias espirais e aglomerados de galáxias apresentam discrepâncias em relação a massa. A aplicação da Lei da Gravitação de Newton para as estrelas observadas não consegue explicar os movimentos rápidos desses corpos. Isso leva à conclusão de que alguma forma de massa invisível, a Matéria Escura, domina a dinâmica do universo.
A matéria escura é a coisa mais misteriosa e enigmática sonhada pelos cosmólogos para explicar por que as galáxias não saem “voando” por ai. Para explicar o universo que vemos, temos que entender que a matéria escura ocupa mais que 85% de toda a matéria do Universo. Mas não emite luz ou se comunica com a matéria comum, exceto por gravidade.
Muitos físicos acreditam que a matéria escura é feita de WIMPs (veremos mais adiante).
Wimp é uma partícula subatômica hipotética de grande massa que interage fracamente com a matéria comum através de gravitação.

Sabemos que toda matéria do Universo conhecido é feita de átomo, mas tem algo estranho nessa afirmação. Os cientistas resolveram fazer um levantamento da massa existente no cosmo. Sabemos a quantidade de matéria comum existente no Universo, partículas elementares como elétrons e prótons, mas essas medidas não batem, ou seja, fica muito longe da massa total do Universo. Então chegou-se a uma conclusão que a maioria da matéria do Universo não era só feita de prótons, elétrons e outras partículas subatômicas conhecidas. É difícil de entender, mas o Universo é composto na sua minoria pela matéria comum, com nas estrelas, planetas, eu ou você, isto é, somos feitos de um tipo de matéria que nem de perto é o tipo de matéria que constitui a maioria do Universo… ai é que entra os WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles ou partículas maciças de interação fraca). O problema é que ninguém detectou (ainda), essa partícula em laboratórios. Estudos estão sendo feitos no Grande Colisor de Hádrons em Genebra. Se a ciência conseguir encontrar evidências de matéria escura, será que encontraremos também evidências de outros mundos…?
Alguns cientistas argumentam que a matéria escura não seja “outra coisa”, mas sim, porque simplesmente esta em outro lugar, como em outras dimensões. Nós não conseguimos ver essas dimensões e nem interagimos com elas, logo, é o lugar mais apropriado para a existência dessa matéria escura. A influência gravitacional que atribuímos à matéria escura no nosso Universo na verdade seria uma concentração de matéria em outro Universo, que são sentidas em nossas dimensões, mas que nunca serão descobertas em nossas dimensões porque estão em outro lugar. Seja la onde está a matéria escura, um dia teremos uma solução para essa questão a não ser que ela (partícula) exista em em um tamanho incrivelmente pequeno bem alem de nossa imaginação, mas o que pode ser menor que partícula como Quarks ou elétrons…? Todas essas partículas teriam diferentes modos vibracionais de uma pequena entidade chamada “Corda”, portanto a menor “coisa” que compõe a matéria. Antes de falar nas “Cordas”, vamos entender alguns detalhes desse infinitamente pequeno Universo:

O Universo em escalas menores que o elétron é um um território vasto e inexplorado, mais até que planetas galáxias e até do Universo, porque nós podemos fazer observações de planetas, estrelas de galáxias, mas é difícil realizar experimentos que nos permitam explorar diretamente minusculas dimensões de tempo e espaço.

Em física, a escala de Planck refere-se tanto a um escala de energia muito grande (1,22 x 10E 19 GeV) ou uma escala de tamanho muito pequeno (1,616 x 10E -35 metros), onde os efeitos quânticos da gravidade se tornam importantes para descrever as interações de partículas. Na escala de tamanho de Planck, a incerteza quântica é tão intensa que conceitos como localidade e causalidade tornam-se menos significativo. Os físicos de hoje estão muito interessados em aprender mais sobre a escala de Planck, porque ainda não existe uma teoria quântica da gravidade. O físico capaz de chegar a uma teoria quântica da gravidade seria praticamente o ganhador do prêmio Nobel. Dá uma olhada no vídeo...Ok

A Antimatéria

Até a poucos anos a Antimatéria era considerada assunto para filmes de ficção cientifica, mas muita coisa mudou. Eu me lembro de um livro que li no início da década de 70 “O planeta das possibilidades impossíveis” e já tratava disso…foi meu primeiro contato com essa “coisa” chamada Antimatéria…!!!

O que é Antimatéria ?
Para cada tipo de partícula de matéria que encontramos no universo, também existe uma partícula de antimatéria correspondente, ou antipartícula.
As antipartículas se comportam como partículas de matéria correspondentes, exceto que eles têm cargas opostas. A diferença entre essas duas “formas” de matéria é mais elementar do que parece. O que chamamos de matéria é tudo o que é composto de prótons (partículas sub-atômicas com carga positiva), elétrons (partículas sub-atômicas de carga negativa) e nêutrons (partículas sub-atômicas sem carga). Todas essas partículas formam o que chamamos de átomos. No átomo, os prótons e nêutrons formam o núcleo, e os elétrons orbitam o núcleo assim como um planeta em torno de uma estrela.

Na antimatéria, as cargas de cada partícula são inversas. Em vez de um próton, o seu equivalente antimatéria é chamado de anti-próton com uma carga negativa. Em vez de um elétron, o seu equivalente antimatéria é chamado um pósitron, com uma carga positiva. O anti-nêutron, compartilha as mesmas características.
Quando a antimatéria entra em contato com a matéria, essas partículas iguais, mas opostas, colidem para produzir uma explosão emitindo grande quantidade de radiação pura, que é emanada a partir do ponto da explosão à velocidade da luz. Ambas as partículas que criaram a explosão são totalmente aniquiladas, deixando para trás outras partículas subatômicas. A explosão que ocorre quando antimatéria e matéria interagem, transforma toda a massa de ambos os objetos em energia.

Sabemos muito pouco ou quase nada sobre a antimatéria. O que mais intriga os cientistas é o porquê, no início do Universo, ter havido uma predileção da natureza pela matéria. Após o Big Bang, matéria e antimatéria foram criadas em quantidades iguais, o que levaria a uma aniquilação total. Mas isso não aconteceu, a matéria ainda existe como podemos “ver”. Nosso universo é o que sobrou da aniquilação de matéria e antimatéria. A natureza deu preferência para a matéria, bem menos de 1%. Esse menos de 1% que sobrou é o que formou todo o Universo. E o restante…?

É possível que algum processo, de origem desconhecida, tenha provocado uma separação entre a matéria e a antimatéria. Neste caso existiriam regiões do universo em que a antimatéria e não a matéria seria mais abundante. Seriam necessárias algumas experiências no espaço para procurar essas regiões. No entanto, como até hoje não se conhece um processo capaz de gerar tal separação, a maioria dos cientistas não acredita nessa hipótese.
Existe a possibilidade de que a natureza trate de forma ligeiramente diferente a matéria e a antimatéria. Se isto for verdade, seria possível que uma pequena fração da matéria inicialmente gerada tenha sobrevivido e formado o universo conhecido hoje. Há resultados experimentais e teóricos que apontam nesta direção.
Vivemos num mundo aparentemente formado unicamente por matéria, apesar de antes do Big Bang (a explosão que deu origem ao Universo há 14 bilhões de anos) a matéria e a antimatéria existiram na mesma proporção.
Portanto, conhecer a estrutura do antiátomo é penetrar no desconhecido e desafiar as leis vigentes da física.

Quasares

Quasares, os objetos mais brilhantes no Universo
Os quasares estão entre os objetos mais brilhantes, mais antigos, mais distantes e mais poderosos do universo. Alimentados por buracos negros supermassivos no centro das galáxias mais conhecidas, os quasares podem emitir enormes quantidades de energia, até mil vezes a produção total de centenas de bilhões de estrelas em toda a nossa Via Láctea. Possivelmente a energia dos quasares resulte da acreção de material em buracos negros supermaciços no núcleo de galáxias distantes. Como a luz não pode escapar do buraco negro supermassivo no centro dos quasares, a energia que escapa está sendo gerada na parte externa do horizonte de eventos pelo estresse gravitacional e a enorme "fricção" no material que está sendo lançado para o espaço
O ULAS J1120 0641, um quasar alimentado por um buraco negro com uma massa de 2 bilhões de vezes a massa do sol.

 ESO / M. Kornmesser

Os astrofísicos Dartmouth Ryan Hickox e Kevin Hainline e seus colegas documentaram o imenso poder da radiação de um quasar. Dizem eles: “Pela primeira vez, somos capazes de ver a real extensão em que esses quasares e os buracos negros podem afetar suas galáxias, e vemos que ele é limitado apenas pela quantidade de gás na galáxia”.

A radiação liberada por um quasar abrange todo o espectro eletromagnético, desde de as baixas frequências, as ondas de rádio e micro-ondas até frequência no comprimento do infravermelho, ultravioleta e raios-X e raios gama de alta frequência. Um buraco negro central, também chamado de um núcleo galáctico ativo, pode crescer e engolir o material do gás interestelar circundante, liberando energia no processo. Isto leva à criação de um quasar, emitindo radiação que ilumina o gás presente em toda a galáxia. O gás irá produzir frequências muito específicas de luz que só um quasar pode produzir.

Quasares são pequenos em comparação com uma galáxia, é como um grão de areia em uma praia, mas o poder de sua radiação pode se estender além dos limites da galáxia onde esta localizado.
Existe muita controvérsia sobre como eles realmente influenciam a galáxia, mas agora temos um aspecto da interação que pode se estender à escala galáctica.
Os cientistas utilizaram observações em luz infravermelha, porque elas dão uma medida particularmente precisa da produção total de energia produzida pelo quasar. Créditos: ESO/Revista Nature.