Lente Gravitacional

Vamos imaginar um objeto brilhante como uma estrela, uma galáxia, ou um quasar que estão muito distantes da Terra (10.000 milhões de anos-luz ). Para a nossa observação, vamos imaginar que temos um quasar. Se não há nada entre ele e nós, vemos uma imagem do quasar. No entanto, se uma enorme galáxia (ou aglomerado de galáxias ) está bloqueando a visão direta para o quasar, a luz será dobrado pelo campo gravitacional ao redor da galáxia. Isso é chamado de “lente gravitacional”. Mas em vez de criar uma única imagem do quasar, a lente gravitacional cria várias imagens. Nós seguimos os raios de luz, aqui da Terra para observar os locais aparentes do quasar. Se a galáxia fosse perfeitamente simétrica em relação à linha entre o quasar e a Terra, então veríamos um anel de quasares…

A Lente gravitacional funciona de forma análoga e é um efeito da teoria da relatividade geral de Einstein ou simplesmente, a massa curva a luz. O campo gravitacional de um objeto de grande massa vai estender-se muito no espaço, e fazer com que os raios de luz que passam próximo ao objeto (e, portanto, por meio de seu campo gravitacional) se dobrem reorientado-se em outro lugar. Quanto mais massivo o objeto, mais forte é o campo gravitacional e, portanto, maior a curvatura dos raios de luz.

Quais são os efeitos de uma lente gravitacional?
O tipo de lente gravitacional que os cosmólogos se interessam é somente em grande escalas. Quando os astrônomos olham uma imagem em um telescópio de uma parte qualquer do céu noturno, muitas galáxias serão visíveis nessa imagem. No entanto, entre a Terra e as galáxias existe uma entidade misteriosa chamada matéria escura. A matéria escura é invisível, mas tem massa, cerca de 85% da massa do Universo. Isto significa que os raios de luz que vêm para nós de galáxias distantes vão passar pelo campo gravitacional da matéria escura e, portanto, vai ser dobrado pelo efeito de lente gravitacional.

A Matéria Escura é encontrada onde quer que a matéria “normal”, exista, isto é, a matéria que compõe as galáxias. Por exemplo, um grande aglomerado de galáxias irá conter uma quantidade muito grande de matéria escura, que existe dentro e ao redor das galáxias que compõem o conjunto. A luz vinda de galáxias mais distantes que passa perto de um aglomerado pode ser distorcida pela sua massa. É a matéria escura no aglomerado que faz quase todo o efeito de uma lente gravitacional. Os efeitos podem ser muito forte e muito estranho, as imagens das galáxias distantes, com lentes são esticadas e puxadas em arcos. Isto pode ser visto na imagem abaixo da famosa Abell 2218 cluster. As galáxias reais não são desta forma, são geralmente elíptica ou em forma de espiral elas só aparecem desta maneira por causa da lente.
Esta distorção da forma estranha vem do fato de que galáxias são objetos de grandes dimensões, e os raios de luz que saem de um lado da galáxia (por exemplo, o lado esquerdo do nosso ponto de vista) vai passar através de uma parte diferente do espaço do que os raios de luz do o outro lado (por exemplo, o lado direito). Os raios de luz, portanto, passam por diferentes partes do campo gravitacional da matéria escura e serão dobrado de forma ligeiramente diferente.

O efeito disso é uma distorção da forma da imagem da galáxia, que pode, em alguns casos, ser muito grande. Outro efeito interessante que pode ocorrer é a formação de imagens múltiplas da mesma galáxia. Isso ocorre porque os raios de luz de uma galáxia distante pode ser focado em conjunto por uma lente gravitacional. Do ponto de vista de um observador na Terra, parece que dois raios de luz muito semelhantes viajam ao longo de linhas retas de diferentes partes do céu. Podemos ver mais do que uma imagem da galáxia mesmo em lugares diferentes.

Um exemplo de múltiplas imagens é mostrado em uma imagem do Telescópio Espacial Hubble (acima). Há três imagens da mesma galáxia, e cinco imagens de um quasar. As imagens não são da mesma forma ou tamanho, porque cada imagem vai percorrer uma região diferente do espaço em sua jornada até nós, e, portanto, terá sido distorcido de forma diferente. Uma técnica conhecida como espectroscopia é usado para determinar quais as imagens vieram da mesma galáxia.

Espectroscopia e Astronomia

Uma das maneira de se obter informações sobre a composição química de estrelas e galáxias distantes é analisando a luz recebida dessas estrelas e galáxias. A espectroscopia nos permite obter essas informações, decompondo a luz emitida por esses objetos em um espectro de frequências. A espectroscopia também nos permite determinar seu movimento, através do efeito Doppler.Vamos lembrar de uma experiência bem simples que usa um prisma para decompor a luz branca e que é o principio usado em espectroscopia (figura abaixo).

O que é um Espectroscópio ?
Os espectroscópios decompõe a luz emitida ou absorvida por elementos químicos em linhas específicas de cor. Cada elemento químico tem uma “assinatura” que pode ser usado para identificá-lo. Essas assinaturas são geralmente produzidos quando os elétrons saltam nos níveis orbitais de energia (salto quântico). Energias diferentes produzem diferentes linhas coloridas.

Cada elemento químico na tabela periódica tem a sua própria assinatura espectral que o identifica. Ao olhar para os espectros de objetos como estrelas e atmosferas planetárias, é fácil identificar os elementos químicos presentes, combinando as linhas coloridas espectrais com a assinatura espectral do elementos químico.

Em química analítica existe um teste chamado “teste da chama” (figura acima). É usado para determinar visualmente a identidade de um metal ou um sal desconhecido com base na sua cor característica quanto é colocado em uma chama de um bico de Bunsen. O calor da chama excita os íons desse sal, levando-os a emitir luz visível. Os espectros de emissão característica pode ser utilizado para diferenciar esse sal entre outros elementos. Veja a tabela abaixo:

Elemento                           Cor
(As) Arsênico—————Azul
(B) Boro———————-Verde brilhante
(Ba) Bário——————–Pálido / verde amarelado
(Ca) Cálcio——————-Laranja para vermelho
(Cs) Césio——————–Azul
(Cu) Cobre——————-Azul
(Fe) Ferro——————-Ouro
(In) Índio——————-Azul
(K) Potássio—————–Lilás para vermelho
(Li) Lítio——————— Magenta para carmim
(Mg) Magnésio————–Branco brilhante
(Mn) Manganês————-Verde amarelado
(Mo) Molibdênio———–Verde amarelado
(Na) Sódio——————-Amarelo intenso
(P) Fósforo——————Verde azulado pálido
(Pb) Chumbo—————-Azul
(Rb) Rubídio—————-Vermelho para roxo-vermelho
(Sb) Antimônio————-Verde pálido
(Se) Selênio——————Azure azul
(Sr) Estrôncio—————Carmesim
(Te) Telúrio—————–Verde pálido
(Tl) Tálio——————–Pure verde
(Zn) Zinco——————Verde azulado para verde esbranquiçado

A figura abaixo mostra algumas “assinaturas” espectrais de alguns elementos químicos.

O que é clima espacial ?

O que é clima espacial ?
Setor da astrofísica que estuda as atividades na superfície solar, como as erupções solares que podem causar altos níveis de radiação no espaço sideral. Esta radiação pode vir como partículas ( plasma ) ou radiação eletromagnética ( luz ).
A energia do Sol é gerada pela fusão nuclear, isto é, processo no qual dois ou mais núcleos atômicos se juntam e formam um outro núcleo de maior número atômico. No caso do Sol , são necessários quatro átomos de hidrogênio para formar um átomo de hélio. Dados espectroscópicos indicam que o Sol é constituído de 73% de átomos de hidrogênio e 26% de átomos de hélio, sendo o restante fornecido pela contribuição de vários elementos.

Camadas do Sol
Núcleo – camada mais interior do Sol. A fusão nuclear, a qual cria a luz que o Sol emite, ocorre dentro do núcleo, atingindo temperaturas de aproximadamente 15 milhões de graus Celsius.
A  camada seguinte é a Radioativa – esta camada se parece como um isolador, e ajuda a manter a temperatura do núcleo.
A terceira camada é a Convectiva – a energia do Sol é transportada para fora do núcleo pela camada de convecção.
A próxima camada é a Fotosfera – é a parte do Sol que podemos ver com nossos olhos. As manchas solares – sunspots – aparecem na fotosfera.
A quinta camada é a Cromosfera -  mais escura que a fotosfera e pode ser vista apenas durante um eclipse. A cromosfera é onde as labaredas solares são melhor observadas.
A próxima camada é a Corona – é compreendida por duas camadas. A corona interior é um halo que se estende milhões de quilômetros distante do Sol. A Corona é muito mais quente que a fotosfera e produz raios X. A corona exterior se estende à Terra e mais distante, ainda.

Vamos estudar alguns detalhes:
Uma ejeção de massa coronal (CME) é uma enorme bolha de partículas de alta energia que explode da coroa solar e atravessa o espaço com alta velocidade. A nuvem de partículas carrega junto consigo um campo magnético. Se uma ejeção de massa coronal se move na direção da Terra, seu campo magnético interage com a magnetosfera da Terra. A magnetosfera da Terra nos protege de partículas carregadas do vento solar. São os chamados índice Kp, isto é, quando essa ejeção de massa coronal atinge a Terra.

Manchas solares são áreas escuras que aparecem na fotosfera do sol. As manchas aparecem escuras porque são mais frias, menos luminosa do que as áreas circundantes. A temperatura no centro de uma mancha é de cerca de 3.700 Kelvin (contra 6000 para as áreas circundantes).
As manchas solares podem durar várias semanas. Eles são observados principalmente em uma faixa de trinta graus de latitude em ambos os lados do equador. Dimensões típicas dos pontos estão na ordem de várias dezenas de milhares de quilômetros (o raio do Sol é 700,000 km).

Flare solar (erupção solar) é uma explosão no Sol que acontece quando energia armazenada em campos magnéticos entrelaçados  que se encontram habitualmente no topo de manchas solares é subitamente libertada. Um flare emite radiação que abrange uma grande gama de comprimentos de onda – do rádio aos raios-X e raios gama.
Os cientistas classificam as flares solares de acordo com a sua intensidade de energia na região dos raios-X – que vai do 1 a 8 Angstroms.
Categorias:
Classe X – são muito intensas; podem provocar apagões, danificar satélites, são tempestades de radiação de longa duração;
Classe M – são de intensidade intermédia; podem causar na Terra breves apagões rádio que afetam essencialmente as regiões polares; tempestades de radiação de pequena intensidade podem acontecer depois de uma flare de classe M;
Classe C – Por comparação com flares de classe X e M, as flares de classe C são fracas e com consequências menores na Terra.

Os astrônomos encontram o planeta Vulcan - 40 Eridani A, exatamente aquele de Star Trek

Um dos aspectos mais interessantes e gratificantes da astronomia e da exploração espacial é ver a ficção científica se tornar um fato científico. Enquanto ainda estamos muitos anos longe de colonizar o Sistema Solar ou alcançar as estrelas mais próximas, ainda há muitas descobertas recompensadoras sendo feitas que estão cumprindo os sonhos febris dos fãs de ficção científica.
Por exemplo, usando o Dharma Planet Survey, uma equipe internacional de cientistas descobriu recentemente uma super-Terra orbitando uma estrela a apenas 16 anos-luz de distância. Esta super-Terra não é apenas o planeta mais próximo de seu tipo para o Sistema Solar, ela também está localizada no mesmo sistema estelar que o planeta fictício Vulcano do universo de Jornada nas Estrelas.

O estudo que detalha suas descobertas, que apareceu recentemente no Mnthly Avisos da Royal Astronomical Society , foi liderado por Bo Ma e Jian Ge, um pesquisador de pós-doutorado e professor de astronomia da Universidade da Flórida, respectivamente. Eles se juntaram a pesquisadores da Universidade Estadual do Tennessee, do Instituto de Astrofísica de Canárias , da Universidade de La Laguna, da Universidade Vanderbilt, da Universidade de Washington e do Steward Observatory da Universidade do Arizona.

Impressão artística de uma super-Terra orbitando uma estrela anã vermelha. Crédito: Gabriel Pérez / SMM (IAC)

Para o bem de seu estudo, a equipe contou com dados do Dharma Planet Survey (DPS). Esta pesquisa contou com o Telescópio Espectroscópico Automático (AST) de 2 metros no Observatório Fairborn (de 2014-2015) e o Telescópio Fundação Dharma Endowment (DEFT) de 50 polegadas no Monte Lemmon SkyCenter (de 2016-2018) para observar 100 estrelas muito brilhantes localizadas perto do Sistema Solar.
Usando esses dados, a equipe descobriu um sinal vindo do sistema de estrela tripla da HD 26965 que indicava a presença de uma super-Terra. Além de ser o primeiro planeta deste tipo a ser detectado pelo Dharma Survey, este planeta também é a super-Terra mais próxima do nosso Sistema Solar, o que o torna um estudo ideal para esses planetas. Como Ge disse em um recente comunicado à imprensa da UF News.

Assim como a maioria dos exoplanetas, essa super-Terra foi descoberta usando o Método de Velocidade Radial (também conhecido como Espectroscopia Doppler), onde os espectros de estrelas são monitoradas em busca de sinais de oscilação, onde a estrela está se movendo para longe da Terra.  Esse movimento é causado pela presença de planetas, que exercem uma influência gravitacional em seus respectivos sóis.
Gregory W. Henry, pesquisador sênior da Universidade de Tennessee, foi responsável por coletar as medições precisas de brilho da AST que confirmaram a presença do planeta. Como ele explicou, esse sistema já é conhecido pelos fãs de Star Trek como sendo o local onde Spock, o oficial de ciências da USS Enterprise, veio.
Créditos: Universe Today

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…!