Rappresentazione artistica del sistema binario si stelle HD 142527 e del disco di polveri dal quale sta nascendo un sistema planetario (fonte: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
Un nuovo sistema planetario sta nascendo attorno a due soli. E' stato scoperto dal telescopio Alma, sulle Ande cilene, ed e' un fenomeno raro, utile per capire come i pianeti possano formarsi e mantenere orbite stabili attorno a due stelle che ruotano l'una attorno all'altra. Annunciata a Washington, durante la conferenza dell'Associazione Americana per l'Avanzamento delle Scienze (AAAS), la scoperta si deve al gruppo coordinato dall'astronomo italiano Andrea Isella, che lavora negli Stati uniti, alla Rice University.
Le immagini catturate dal telescopio mostrano che nel disco in cui si stanno formando i pianeti c'e' una regione a forma di mezzaluna e ricca di polveri, che potrebbe essere cruciale per la nascita del sistema planetario. Le immagini di Alma, ha detto Isella, ''rivelano i dettagli inediti dei processi fisici che regolano la formazione dei pianeti attorno a questo sistema''.
Situato nell'ammasso di giovani stelle Scorpius-Centaurus, il sistema planetario in formazione e' a circa 450 anni luce di distanza dalla Terra. La coppia di stelle intorno alla quale sta nascendo si chiama HD 142527; è composta da una stella con una massa doppia di quella del nostro Sole e dalla compagna, con una massa leggermente inferiore, distanti l'una dall'atra circa 1,5 miliardi di chilometri, poco più della distanza fra il Sole a Saturno.
Le immagini ad alta risoluzione mostrano un largo anello a forma ellittica che circonda le due stelle: e' costituito per la maggior parte da gas, soprattutto monossido di carbonio, ma in esso vi e' una regione a forma di arco ricca di polveri e completamente priva di gas.
Secondo gli astronomi, in questa regione il gas si e' congelato, formando uno strato di brina sui grani di polvere. Si ipotizza che sia questo velo di ghiaccio sui grani a dare l'avvio alla formazione dei pianeti. ''La temperatura e' cosi' bassa che il gas si trasforma in ghiaccio e si attacca ai grani'', ha spiegato Isella. Si pensa, ha proseguito l'astronomo, che questo processo aumenti la capacita' dei grani di polvere di attaccarsi fra loro e, collisione dopo collisione, permetta di raggiungere masse sempre maggiori, fino a diventare pianeti.
Rappresentazione artistica di un wormhole (fonte: Alain r)
Viaggiare nello spazio e nel tempo, tuffandosi nei buchi neri e sfrecciando all'interno di un cunicolo spaziotemporale, un wormhole come quelli immaginati nel film Interstellar: sembra fantascienza, ma molto probabilmente tutto questo "diventa concepibile" dopo la scoperta delle onde gravitazionali. "Si apre un mondo per la ricerca. Anzi, si potrebbero aprire più mondi", ha detto Salvatore Capozziello, dell'università Federico II di Napoli, ricercatore dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn) e presidente delle Società Italiana di Relatività Generale e Fisica della Gravitazione (Sigrav).
"Le onde gravitazionali che adesso siamo in grado di intercettare sono direttamente connesse con la struttura degli oggetti che le emettono, vale a dire - ha spiegato l'esperto - posso desumere da un'onda gravitazionale le caratteristiche dell'oggetto che la emette". Diventa possibile costruire una nuova mappa del cielo: finora avevamo solo quella basata sulla luce visibile, o sui raggi X, o sull'infrarosso, e adesso si può costruire la mappa basata sulle onde gravitazionali.
"E' appena l'inizio di una lunga storia", ha rilevato Capozziello, perchè una mappa del genere potrebbe essere fatta di una miriade di oggetti che finora sono stati invisibili. Non solo: finora i buchi neri erano solo oggetti teorici previsti dalla teoria della relatività generale; adesso sono oggetti reali. Ne sono state appena visti due, distanti 1,3 miliardi di chilometri, fondersi in un nuovo buco nero. E' stato ascoltato il loro suono, ne sono state calcolate dimensioni e distanza. Che cosa significa tutto questo, a che cosa potrebbe servire? Sicuramente sono conoscenze senza precedenti e rivoluzionare, ma potrebbe esserci altro".
"Sappiamo - ha detto l'esperto - che i buchi neri sono così densi che non emettono luce e che qualsiasi cosa cada al loro interno non può più uscire". A questo punto bisogna fare i conti con il principio di conservazione dell'energia, per il quale "tutte le grandezze nel buco nero vengono preservate. Vale a dire che tutto ciò che viene ingoiato dal buco nero finisce da un'altra parte a formare un buco bianco".
All'interno del buco nero si forma un cunicolo spaziotemporale, un wormhole. Anche questi oggetti fantascientifici sono previsti dalle equazioni di Einstein, proprio come le onde gravitazionali. Queste ultime aiuteranno a trovarli, per esempio confermando o meno se il buco nero Sagittarius A che si trova al centro della Via Lattea è in realtà un wormhole, come alcuni calcoli indicano.
Viaggiare al loro interno, ha spiegato, potrebbe deformare l'ordine in cui siamo abituati a vivere passato, presente e futuro. "Tutto questo - ha aggiunto - è pura fisica teorica, ma se un domani si riuscisse a vedere un wormhole, significherebbe aver trovato il modo di viaggiare non solo nello spazio, ma nel tempo".
Image copyrightNASAImage captionPela primeira vez, cientistas detectaram as chamada ondas gravitacionais - um fenômeno previsto por Einstein cem anos atrás
Há 100 anos, Albert Einstein previu a existência de ondas gravitacionais como parte de sua Teoria Geral da Relatividade.
Durante décadas, os cientistas vinham tentando, sem êxito, detectar essas ondas – fundamentais para entender as leis que regem no Universo.
Isso até esta quinta-feira - um dia que já vem sendo considerado histórico, já que um grupo de cientistas de vários países anunciou ter conseguido detectar pela primeira vez as chamadas ondas gravitacionais.
Essa comprovação é uma das maiores descobertas da ciência do nosso tempo porque, além de confirmar as ideias de Einstein, abre as portas para maneiras totalmente novas de se investigar o Universo. A partir de agora, a astronomia e outras áreas da ciência entram uma nova era.
Os pesquisadores do projeto LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, ou observatório de Interferometria de Ondas Gravitacionais), em Washington e na Lousiana, observaram o fenômeno e acompanharam distorções no espaço com a interação de dois buracos negros a 1,3 bilhão de anos-luz da Terra.
Mas o que exatamente essa descoberta significa? Veja seis dos principais pontos.
O que exatamente são ondas gravitacionais?
Segundo a teoria de Einstein, todos os corpos em movimento emitem essas ondas que, como uma pedrinha que afeta a água quando toca nela, produz perturbações no espaço.
A Teoria da Relatividade de Einstein é um pilar da física moderna que transformou nosso entendimento do espaço, do tempo e da gravidade. E por meio delas entendemos muitas coisas: da expansão do Universo até o movimento dos planetas e a existências dos buracos negros.
Image copyrightLIGOImage captionCientistas disparam lasers por longos túneis, tentando identificar as ondulações no tecido de espaço-tempo
Essas ondas gravitacionais são basicamente feixes de energia que distorcem o tecido do espaço-tempo, o conjunto de quatro dimensões formado por tempo e espaço tridimensional.
Assim, qualquer massa em movimento produz ondulações nesse tecido tempo-espaço. Até nós mesmos.
E Einstein previu que o Universo estava inundado por essas ondas. Esse efeito, no entanto, é muito fraco, e apenas grandes massas, movendo-se sob fortes acelerações, podem produzir essas ondulações em um grau razoável.
Assim, quanto maior essa massa, maior é o movimento e maior são as ondas. Nessa categoria entram explosões de estrelas gigantes, a colisão de estrelas mortas superdensas e a junção de buraco negros. Todos esses eventos devem radiar energia gravitacional na velocidade da luz.
Como os cientistas detectaram essas ondas?
Os pesquisadores trabalhavam há anos para detectar as minúsculas distorções causadas quando as ondas gravitacionais passam pela Terra. Os detectores nos Estados Unidos – localizados no Ligo – e na Itália (conhecido como Virgo) são ambos formados por dois túneis idênticos em forma de L, de 3 km de largura.
Image copyrightReproducao
Nele, um feixe de laser é gerado e dividido em dois – uma metade é disparada em um túnel, e a outra entra pela segunda passagem.
Espelhos ao final dos dois túneis rebatem os feixes para lá e para cá muitas vezes, antes que se recombinem. Se uma onda passa pelo túnel, ela vai distorcer levemente seu entorno, mudando a longitude dos túneis em uma quantidade diminuta (apenas uma fração da largura de um átomo).
E a forma com que as ondas se movem pelo espaço significa que um túnel se estira e outro se encolhe, o que fará com que um raio laser viaje uma distância levemente maior, enquanto o outro fará uma viagem mais curta.
Como resultado, os raios divididos se recombinam de uma maneira diferente: as ondas de luz interferem entre si, em vez de se cancelarem. Essa observação direta abre uma nova janela para o cosmos, uma janela que não seria possível sem Einstein.
E qual a implicação disso?
Os objetos também emitem essas perturbações que acabaram de ser detectadas, mas a partir de agora os físicos poderão olhar os objetos com as ondas eletromagnéticas e escutá-los com as gravitacionais.
“Agora, o que se tem são sentidos diferentes e complementares, para estudar as mesmas fontes. E com isso, podemos extrair muito mais informações”, disse à BBC Mundo, Alicia Sintes, do departamento de física do Instituto de Estudos Espaciais da Catalunha, na Espanha, que participou do projeto.
“Não estamos falando de expandir um pouco mais o espectro eletromagnético, mas de um espectro totalmente novo.”
Image copyrightAPImage captionDescoberta anunciada nesta quinta-feira comprova teoria centenária de Einstein (acima)
A especialista afirma as ondas eletromagnéticas dão informações do Universo quando ele tinha 300 mil anos de idade.
“Já com as ondas gravitacionais, pode-se ver as (ondas) que foram emitidas quando o Universo tinha apenas um segundo de idade.”
É isso que será possível estudar a partir de agora.
Outro impacto diz respeito aos buracos negros: nosso conhecimento sobre a existência deles é, na verdade, bastante indireto. A influência gravitacional nos buracos negros é tão grande que nem a luz escapa de sua força. Mas não podemos ver isso em telescópios, só pela luz da matéria sendo partida ou acelerada à medida que chega muito perto de um buraco negro.
Já as ondas gravitacionais são um sinal que vem desses objetos e carrega informações sobre eles. Nesse sentido, pode-se até dizer que a recente descoberta significa a primeira detecção direta dos buracos negros.
Qual o efeito causado por essas ondas na Terra?
Quando as ondas gravitacionais passam pela Terra, o tempo-espaço que nosso planeta ocupa deve se alternar entre se esticar e se comprimir.
Pense em um par de meias: quando você as puxa repetidas vezes, elas se alongam e ficam mais estreitas.
Os interferêmetros do Ligo, aparelhos usados para medir ângulos e distâncias aproveitando a interferência de ondas eletromagnéticas, vêm buscando esse estiramento e compressão por mais de uma década.
A expectativa era a de que ele detectaria distúrbios menores do que uma fração da largura de um próton, a partícula que compõe o núcleo de todos os átomos.
Qual pode ser o impacto dessa descoberta?
É fácil especular que as maiores revelações virão de áreas cujas dúvidas sequer foram levantadas. Sempre foi esse o caso quando novas técnicas de observação são descobertas.
Mas considere agora só a Teoria da Gravidade. Por mais brilhante que Einstein fosse, sabemos que suas ideias estão incompletas.
A teórica da Relatividade descreve o Universo muito bem em escalas amplas. Mas, para domínios menores, temos de recorrer a outras teorias.
Assim, não há uma quantificação da Teoria da Gravidade. Para chegarmos lá, temos de investigar lugares com gravidade extrema: os buracos negros.
É lá que rotas para explicações mais complexas podem ser encontradas, nos desvios que as ondas gravitacionais mostraram.
Essa detecção vai render o Prêmio Nobel para os cientistas?
É muitíssimo provável. Como sempre, o debate vai girar em torno dos envolvidos e seus lugares na cadeia de descobertas. Quem vai ser considerado o responsável pelas contribuições mais importantes para se chegar à detecção das ondas?
Mas uma coisa é certa: hoje as grandes descobertas para a ciência hoje estão atreladas a grandes máquinas. Além disso, sem a colaboração do Ligo com centenas de participantes – que trabalham em campos diferentes, usando tecnologias diferentes -, jamais chegaríamos a este momento
Foi confirmada a existência das ondas gravitacionais, um fenômeno que representa um importante passo na descoberta do cosmos. Um grupo de cientistas do Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO) anunciou, nesta quinta-feira, que conseguiram confirmar a teoria do físico AlbertEinstein sobre a existência das ondas gravitacionais, capazes de ondular o tecido espaço-tempo, uma parte da Teoria da Relatividade do cientista, de 1916.
Em coletiva de imprensa às 10h30 (13h30 no horário de Brasília), a equipe do LIGO informou que descobriu ondulações no espaço-tempo criadas pela colisão de dois buracos negros maciços, de 150 km de diâmetro cada um, acelerando à metade da velocidade da luz. As ondas criadas a partir da fusão dos dois buracos negros viajam a 1,3 bilhões de anos e esticam o espaço em uma direção e o apertam em outra. Consequentemente, fazem isso também com tudo o que há dentro dele, já que se espalham por todo o universo.
“Nós detectamos ondas gravitacionais” disse David Reitze, diretor executivo do LIGO, recebendo uma demorada salva de palmas de todos na coletiva.
A comunidade científica internacional é unânime em considerar que a descoberta é uma das maiores das últimas décadas e é a favorita para ganhar o próximo Prêmio Nobel. O achado é chamado por alguns de o Santo Graal dos físicos modernos.
Ulrich Sperhake, físico teórico da Universidade de Cambridge que estuda a relação entre ondas gravitacionais e buracos negros, foi taxativo: “Isto nada mais é senão o início de uma nova era na astronomia observacional gravitacional”.
As ondas gravitacionais são pequenas ondulações provocadas no tecido do espaço-tempo quando um corpo com massa é acelerado – resultam dos maiores cataclismas dos universo, como a colisão de dois buracos negros. Ou seja, a teoria pode ser comparada às ondas que se formam na água, quando se atira uma pedra. As ondas em si nunca foram vistas, mas foram previstas por Einstein. Um século depois ainda tinha sido possível demonstrar a teoria do cientista tinha razão.
Image copyrightSPLImage captionA energia liberada pelas colisões resulta em temperaturas de 200 milhões de graus
O espaço pode ser um lugar extremamente violento. Asteroides e cometas se chocam com planetas, estrelas explodem ou acabam até mesmo “rasgadas” por buracos negros. Mas nada se compara, em “brutalidade”, às colisões entre galáxias.
O cosmo tem aglomerados que podem conter centenas delas, cada uma com bilhões ou mesmo trilhões de estrelas, todas emaranhadas pela gravidade. Quando um desses grupos gigantescos de galáxias chega muito perto de outro, essa força os “gruda”. E as colisões são gigantescas, gerando mais energia que qualquer outro evento desde o Big Bang.
Uma das mais famosas colisões é o Bullet Cluster (em tradução livre, algo como "aglomerado bala", no sentido de projétil de arma mesmo), formado por mais de mil galáxias de dois grupos. O impacto entre eles criou uma onda de choque em forma de bala, daí o nome.
Sim, o visual é impressionante. Mas os astrônomos não estão apenas admirando o espetáculo: o que chamou sua atenção foi o fato de que as colisões revelaram um produto invisível: a chamada matéria negra.
Ela é, segundo os cientistas, a cola que mantém os emaranhados juntos, formando a fundação gravitacional de estrelas, gases e galáxias pelo universo. Responde por 25% do cosmos, mas é invisível e ninguém sabe exatamente do que é feita.
Cem trilhões
Image captionExplosões podem ser as mais violentas desde a formação do Universo
Mas graças ao Bullet Cluster, cientistas agora podem assistir "de camarote" ao mistério. A colisão expôs a matéria negra, separando-a de estrelas e gases, produzindo ainda uma prova direta da existência dessa “cola”.
“É meu objeto favorito no universo”, diz Marusa Bradac, astrofísica da Universidade da Califórnia.
Os aglomerados não apenas revelam a matéria negra para os cientistas. São uma ferramenta versátil, que os ajuda a estudar algumas das primeiras galáxias que existiram. São também um laboratório cósmico, no qual os pesquisadores podem analisar o comportamento de um quente e energizado gás chamado plasma.
O Bullet Cluster está a 3,7 bilhões de anos-luz da Terra. Consiste em dois aglomerados diferentes que chocam-se em velocidades da ordem de 10 milhões km/h. Rápido para padrões humanos, mas nada demais em termos cósmicos, já que há estrelas no universo que se movem ainda mais rápido.
Mas tamanho é documento na hora das colisões. Um dos aglomerados tem massa um quatrilhão de vezes maior que o sol. O outro, “apenas” 100 trilhões. Quando dois pesos-pesados dessa magnitude colidem, a temperatura dos gases que os compõem aumenta para casa dos 200 milhões de graus.
Image copyrightNASAImage captionGaláxias estão a 3,7 bilhões de anos luz da Terra
Cientistas estimam que a energia liberada pelas colisões chega a oito decilhões de Joules. É o equivalente à energia produzida por seis trilhões de sóis queimando desde o início do Universo – 13.8 bilhões de anos.
A colisão é vasta em termos de tempo e espaço. Um raio de luz levaria 6 milhões de anos para cruzar os emaranhados de cabo a rabo.
O choque que vemos hoje ocorreu há pelo menos 150 milhões de anos, algo recente em termos cósmicos. Isso dá aos astrônomos uma chance sem precedentes de espiar algo em progresso – as batidas continuarão acontecendo por pelo menos mais alguns bilhões de anos.
Mas é posição do Bullet Cluster que o torna ainda mais único. Por coincidência, a colisão está alinhada perpendicularmente à nossa linha de visão. “Somos espectadores vendo tudo acontecer de lado”, diz Andrey Kravstov, astrofísico da Universidade de Chicago.
Com os melhores lugares da casa, os astrônomos podem examinar essa colisão com mais precisão do que qualquer outro aglomerado já localizado. Isso possibilitou que eles detectassem diretamente a matéria negra pela primeira vez.
Image copyrightSkyMapperImage captionExplosões teriam ocorrido há 150 milhões de anos
Em 2006, um time de astrônomos liderados por Bradac analisou dados enviados pelos telescópios espaciais Hubble e Chandra – este último que “vê” em raios-X, algo crucial para mapear os locais em que matéria normal está situada nesses aglomerados.
A vasta maioria deles consiste de gás. E são tão massivos que a gravidade puxa fortemente as moléculas de gás, acelerando e aquecendo, o que as faz emitir raios-X. Aglomerados em colisão aceleram ainda mais esse gás, gerando raios-X mais energizados. Isso significa que os raios podem revelar aos astrônomos onde está a matéria normal.
Usando os dados do Hubble, os astrônomos puderam mapear a distribuição da massa do aglomerado. Tudo com massa, seja normal ou matéria negra, tem gravidade e pode distorcer a luz de galáxias ao fundo. Quanto maior a massa, mais forte essa distorção ocorre.
Universo jovem
Unindo essas observações, os astrônomos descobriram que a maior parte da massa não estava junto ao gás. Cerca de 80% da massa do Bullet Cluster estava concentrada em uma região que não tinha o maior brilho. E se essa massa não era gás, só podia ser matéria negra.
O fato de os astrônomos estarem observando o aglomerado em meio à colisão permite que eles observem o seguinte fenômeno: nuvens de gás “freiam” umas às outras e isso faz com que a matéria negra simplesmente passe de um lado para outro. Com isso, os cientistas puderam analisá-la de forma isolada pela primeira vez na história.
Image copyrightNasaImage captionObservações de telescópios exibiram a mais direta visão do comportamento da matéria negra
Como conceito, a matéria negra existe desde os anos 30. Mas quase todas as linhas de evidência tinham sido indiretas.
Por exemplo: algumas galáxias giram tão rápido que deveriam estar “voando” pelo céu. Algo como a matéria negra deve estar puxando as estrelas, “segurando” tudo. Sem evidências diretas, porém, havia espaço para duvidar se essa matéria realmente existia.
Alguns cientistas, por exemplo, argumentavam que o problema era uma falta de “atualização” da lei da gravidade como a conhecemos.
“Mas quando os resultados do Bullet Cluster foram analisados, ficou bastante claro que as propriedades da matéria que vimos eram diferentes de tudo o que conhecemos na Terra. Modificações na Teoria da Gravidade não poderiam explicar a separação entre a matéria e o gás”, afirma Bradac.
Mas saber que a matéria negra existe não é o suficiente: cientistas querem saber o que ela é. A hipótese é que seja feita de partículas ainda desconhecidas pelo homem, que não interagem com partículas normais ou produzem qualquer tipo de radiação – o que explicaria por que são tão difíceis de identificar.
E, de acordo com as mais populares teorias sobre a matéria negra, essas partículas sequer interagem umas com as outras.
Uma forma de tentar determinar isso é colidir as partículas entre si. E isso os cientistas conseguem fazer sem o trabalho faraônico de tentar construir um colisor de matéria negra: esses choques estão acontecendo no Bullet Cluster. As galáxias dos dois aglomerados estão incrustradas em matéria negra, logo, matéria negra também “bate” quando as colisões ocorrem.
Image copyrightSPLImage captionCientistas estudam outros 25 aglomerados
“O Bullet Cluster fornece algumas das melhores medições já vistas. Conseguimos até descobrir algumas propriedades da matéria escura, o que não conseguíamos fazer antes”, diz Bradac.
Claro, mais dados são necessários. A cientista é parte de um time nos EUA que está estudando 25 outras galáxias em colisão. A esperança é que em alguns anos eles saibam definitivamente se a matéria escura está ou não interagindo.
Mas o Bullet Cluster também serve com uma imensa lente para o passado. Por ser tão massivo, o aglomerado tem uma gravidade que distorce os raios vindo das galáxias. Isso faz com que elas sejam ampliadas e possam ser melhor examinadas.
E essas galáxias distantes são importantes porque fazem parte das primeiras a serem formadas no Universo.
Sendo assim, o Bullet Cluster oferece uma visão do Universo jovem e sobre a formação das galáxias, algo raríssimo.
Kravtsov diz que aglomerados desse tamanho passam por apenas uma ou duas grandes colisões em sua existência inteira. Mas astrônomos estão à procura de outros, com o auxílio de dois telescópios baseados no Chile. Matematicamente, devem haver centenas de milhares de aglomerados pelo menos 100 trilhões de vezes maiores que o Sol espalhados pelo universo.
Por enquanto, porém, temos apenas o Bullet Cluster.
Rappresentazione artistica del sistema binario si stelle HD 142527 e del disco di polveri dal quale sta nascendo un sistema planetario (fonte: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)
