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Cientistas medem força necessária para mover um único átomo

2010-04-17T09:31:00.000-07:00

Força para mover um átomo

Cientistas da IBM, juntamente com colegas da Universidade de Regensburg, na Alemanha, conseguiram pela primeira vez medir a força necessária para mover átomos individuais sobre uma superfície. Essa medição fundamental dará importantes informações necessárias para o projeto dos dispositivos em escala atômica do futuro.

Entender a força necessária para mover átomos individuais está para a nanotecnologia assim como as medições precisas em nível macrométrico estavam para os engenheiros do início da Revolução Industrial.

Ligações fortes e fracas

Da mesma forma que a engenharia utiliza tanto materiais que devem se comportar de maneira totalmente rígida quanto outros que devem possuir uma flexibilidade suficiente para lidar com diferentes forças, a nanotecnologia precisará selecionar átomos que permaneçam fixos em determinados locais, enquanto outros fiquem conectados por ligações atômicas fracas, podendo ser retirados do lugar facilmente quando necessário.

Piconewtons

As medições revelaram que é necessário uma força de 210 piconewtons para mover um átomo de cobalto sobre uma superfície totalmente lisa de platina. Mover o mesmo átomos de cobalto sobre uma superfície de cobre requer apenas 17 piconewtons.

Para se ter uma melhor idéia dessas grandezas, basta ver que a força necessária para levantar uma pequena moeda, que pesa apenas três gramas, é 30 bilhões de piconewtons.

Bibliografia:

The Force Needed to Move an Atom on a Surface
Markus Ternes, Christopher P. Lutz, Cyrus F. Hirjibehedin, Franz J. Giessibl, Andreas J. Heinrich
Science
22 February 2008
Vol.: 319. no. 5866, pp. 1066 - 1069
DOI: 10.1126/science.1150288

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Cientistas filmam fótons usando elétrons

2010-04-17T09:27:00.000-07:00

Estes são fótons fotografados em nanotubos de carbono, usando pulsos de elétrons de altíssima velocidade. As imagens mostram os campos evanescentes em dois momentos e em duas polarizações diferentes.[Imagem: Zewail/Caltech]

Vendo a luz

Os fótons são as partículas elementares da luz. Estudá-las isoladamente está se tornando cada vez mais importantes não apenas para a ciência básica, mas também para a tecnologia, sobretudo com os crescentes avanços da fotônica e da óptica em geral, e da computação quântica.

Mas como acompanhá-los para conhecer seu comportamento e como eles interagem com a matéria e com os campos eletromagnéticos? Afinal, observar a matéria é fácil: nossos olhos captam os fótons que se refletem sobre a matéria e criam uma imagem. Mas como fazer uma imagem de um fóton?

Foi justamente isto o que os cientistas conseguiram agora: eles literalmente filmaram fótons, utilizando elétrons para visualizá-los.

Microscópio 4D

Em 2008, cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados Unidos, apresentaram sua revolucionária tecnologia de microscopia quadrimensional.

O microscópio eletrônico 4D tornou possível, pela primeira, a visualização em tempo real, no espaço real, de mudanças extremamente sutis na estrutura da matéria em nanoescala.

Agora, os mesmos inventores do microscópio 4D descobriram que ele pode ser usado para gerar imagens dos campos elétricos evanescentes produzidos pela interação de elétrons e fótons, e para acompanhar as mudanças nessas estruturas em escala atômica.

Campos evanescentes são ondas superficiais que decaem muito rapidamente - vejaSuperlente de prata irá revolucionar os microscópios ópticos.

Femtoquímica

A pesquisa foi dirigida por ninguém menos do que Ahmed Zewail, Prêmio Nobel de Química em 1999, e consistiu, na verdade, de dois avanços em sequência.

Zewail ganhou o Prêmio Nobel pelo seu trabalho no campo agora conhecido como femtoquímica, que usa pulsos de laser ultra curtos para observar reações químicas fundamentais que ocorrem na escala de tempo dos femtossegundos - um milionésimo de um bilionésimo de segundo.

O trabalho da femtoquímica "capturou os átomos e as moléculas em movimento", diz Zewail, mas, enquanto instantâneos dessas moléculas fornecem a "dimensão tempo" das reações químicas, eles não dão a dimensão do espaço dessas reações, isto é, a sua estrutura ou arquitetura.

Microscopia 4D

Zewail e seus colegas conseguiram visualizar a arquitetura que faltava por meio da microscopia 4D, que usa elétrons individuais para introduzir a dimensão do tempo na microscopia eletrônica de alta resolução tradicional, proporcionando assim uma forma de ver, em tempo real, as mudanças na estrutura de sistemas complexos em escala atômica.

Nessa técnica, um objeto é iluminado com um feixe de elétrons. Os elétrons refletem-se nos átomos do objeto, espalham-se e são detectados por um sensor. Os padrões gerados no detector fornecem informações sobre o arranjo dos átomos no material. No entanto, se os átomos estiverem em movimento, os padrões saem borrados, obscurecendo detalhes sobre variações em pequena escala no material.

Filmes de átomos

Esta é a difração obtida do silício pelo microscópio 4D. A escala, em décimos de nanômetros, pode ser calculada pelos padrões na superfície. [Imagem: Zewail/Science/AAAS]

Zewail e seu colaborador Aycan Yurtsever então desenvolveram uma nova técnica que lida com o problema da borradura usando pulsos de elétrons, em vez de um feixe constante de elétrons.

A amostra em estudo, uma pastilha de silício cristalino, é primeiro aquecida com um curto pulso de luz laser. A amostra é então atingida com um pulso de elétrons com duração de femtossegundos, que rebatem nos átomos, produzindo um padrão de difração no detector.

Como os pulsos de elétrons são incrivelmente breves, os átomos aquecidos não têm tempo de se movimentar muito. Esse "tempo de exposição" extremamente curto produz uma imagem nítida.

Ajustando o intervalo entre o aquecimento da amostra e a captura da imagem, os cientistas montam uma coleção de imagens fixas que podem ser depois juntadas em sequência para formar um filme.

"Basicamente, todos as amostras com que lidamos são heterogêneas, com composições que variam em áreas muito pequenas," explica Zewail. "Esta técnica fornece um meio para examinar pontos localizados em materiais e estruturas biológicas, com uma resolução espacial de um nanômetro ou menos, e resolução temporal de femtossegundos."

Ou seja, esta técnica aprimorada permite que as estruturas dos materiais sejam mapeadas e filmadas em escala atômica.

Filmando fótons

Entra em cartaz a segunda técnica, desenvolvida em colaboração com Brett Barwick e David Flannigan.

Nesta, a luz produzida por aquelas mesmas nanoestruturas que estão sendo observadas podem ser analisadas, mapeadas e filmadas.

O conceito desta nova técnica envolve a interação entre os elétrons e os fótons. Os fótons geram um campo evanescente em nanoestruturas, e os elétrons podem ganhar energia a partir desses campos, o que os torna visíveis no microscópio 4D.

A técnica foi batizada de PINEM (Photon-Induced Near-field Electron Microscopy - microscopia eletrônica de proximidade de campo induzida por fótons.

Determinados materiais, depois de serem atingidos por pulsos de laser, continuam a "brilhar" durante uma fração extremamente pequena, mas mensurável, de tempo - da ordem de dezenas a centenas de femtossegundos.

O poder desta nova técnica de microscopia é que ela oferece um meio de visualizar o campo evanescente quando os elétrons que ganharam energia são seletivamente identificados, e de gerar imagens das próprias nanoestruturas quando os elétrons que não ganharam energia são selecionados.

"O que é interessante do ponto de vista da física fundamental é que agora somos capazes de filmar fótons usando elétrons. Tradicionalmente, por causa do descompasso entre a energia e o momento dos elétrons e dos fótons, nós não esperávamos a intensidade [agora verificada] do efeito PINEM, ou a capacidade de visualizá-lo no espaço e no tempo," diz Zewa

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Gerado o mais forte campo magnético do mundo

2010-04-17T09:22:00.000-07:00

Pesquisadores da Universidade de Berkeley (Berkely Lab's Superconducting Magnet Group), Estados Unidos, anunciaram ter gerado o mais forte campo magnético já produzido. O grupo conseguiu gerar um campo de 14,7 Tesla, cerca de 300.000 vezes a força do campo magnético da Terra. O recorde anterior era do mesmo laboratório, com 13,5 Tesla.

O feito foi alcançado com a utilização de um equipamento recém construído no laboratório. Chamado de RD-3, trata-se de um eletromagneto dipolar, construído de nióbio e estanho, medindo cerca de um metro de altura. Ele consiste de três bobinas modulares, feitas de cerca de 13.000 metros de fios de uma liga supercondutora de nióbio e estanho (Nb3Sn).

Magnetos dipolares são utilizados para curvar e manter a rota de aceleração de feixes de partículas. Quanto mais fortes os magnetos, mais fechado será o arco do feixe de partículas. Os eletromagnetos convencionais não conseguem atingir mais do que 2 Tesla. Foi necessário então o desenvolvimento de novas ligas supercondutoras para se suplantar essa barreira. Mas mesmo a utilização de ligas supercondutoras impõe seu próprio desafio, na medida em que a supercondutividade tende a se enfraquecer e desaparecer na presença de fortes campos magnéticos.

Os maiores aceleradores de partículas até hoje construídos baseiam-se em ligas de nióbio-titânio. Embora sua dutibilidade seja um fator favorável, ele está limitado a forças de até 10 Tesla. O supercondutor de nióbio-estanho, contudo, teoricamente seria capaz de ultrapassar a marca de 14 Tesla. Até agora, entretanto, essa nova liga era considerada muito frágil e quebradiça para ser capaz de suportar as forças envolvidas. Estas forças não são nada desprezíveis, sendo estimadas na ordem de 3 milhões de libras.

Para superar o problema da fragilidade da liga, as bobinas foram construídas utilizando-se fios separados de nióbio e estanho. Estes fios foram enrolados em uma alma de ferro e impregnadas com epóxi. A seguir as bobinas foram aquecidas a 950º K (680º C) durante 2 semanas, para que os dois elementos reagissem para formar a liga supercondutora. Para completar, as bobinas foram encapsuladas em um receptáculo de alumínio de 40 mm de espessura.

Para que as bobinas se tornem supercondutoras elas devem ser esfriadas a cerca de 4,2º K (-270º C). O magneto deve ser então "treinado" para atingir seu pico de geração de campo magnético. Este treinamento começa com o resfriamento do magneto até seu ponto de supercondutividade. A seguir ele vai sendo energizado até que haja uma súbita perda dessa supercondutividade, devido a um aquecimento em algum local da bobina. Os cientistas chamam este momento de "quenching" (literalmente, matar a sede). Assim que um "quenching" ocorre, o magneto é novamente resfriado e o treinamento recomeça. O processo se repetirá tantas vezes quantas necessárias até que o magneto atinja o limite ditado pelas propriedades do supercondutor de que ele é feito. E é necessário paciência: o RD-3 teve 35 "quenches" até atingir seu máximo.

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No reino dos átomos, mundo pode se tornar bidimensional

2010-04-17T09:16:00.000-07:00

Na semana passada vimos a primeira proposta factível para se testar a Teoria das Cordas, que poderá comprovar que nosso UNIverso é apenas um no interior de um MULTIverso. Os próprios cientistas se espantam ante essa possibilidade e afirmam que ela mudará a forma como encaramos o mundo.

Certamente, a aceitação inequívoca de várias dimensões - inúmeros cientistas já as levam informalmente em conta em suas análises - terá um impacto semelhante àquele que a "destruição das esferas celestes" teve no final da Idade Média. A passagem de um conceito de um mundo fechado, construído em níveis visíveis a olho nu, para um universo infinito, mudou para sempre a interação do homem com a natureza.

Agora, um artigo publicado na revista Nature, olhando no sentido oposto em termos de grandeza, parece reforçar a noção de que as dimensões - em termos do "formato geométrico" do universo - parecem estar em estreita relação com a dimensão - em termos de grandeza -, daquilo que está sendo observado.

Ao analisar como um mineral passa do estado desordenado e não magnético de um isolante, para um condensado ordenado e magnético, quando submetido a temperaturas extremamente baixas, os cientistas descobriram que o material simplesmente "perde" uma dimensão. O cristal tridimensional passa a se comportar como se tivesse apenas duas dimensões. Nada do que acontece na terceira dimensão afeta suas propriedades e seu comportamento.

"A redução da dimensionalidade é um ingrediente-chave em várias teorias exóticas que se propõem a explicar vários fenômenos ainda pouco compreendidos, incluindo a supercondutividade de alta temperatura, mas, até agora, não havia exemplos claros de redução dimensional em materiais reais," explica o cientista Ian Fisher, da Universidade de Stanford, Estados Unidos. "Nós mostramos, pela primeira vez, que o comportamento coletivo em um material bruto tridimensional pode realmente ocorrer em apenas duas dimensões."

O material estudado é o silicato de cobre-bário, um pigmento azul usado nas cerâmicas chinesas a mais de 2.500 anos. Quando é submetido a uma temperatura criogênica, os spins dos seus elétrons se alinham em planos, gerando uma nova fase, um estado da matéria totalmente novo, chamado de "ponto quântico crítico".

Nas extensões astronômicas dos sistemas solares e galáxias, fenômenos ainda não explicados pelas teorias convencionais parecem somente poder ser entendidos quando se leva em conta dimensões extras. Já na intimidade da matéria, no reino liliputiano de elétrons e partículas subatômicas, as dimensões parecem perder importância. Na pequenez ínfima dos átomos, um mundo em duas dimensões parece fazer mais sentido.

Um silicato é um material que se estrutura em camadas. Em vários desses minerais, é possível desfazer essas camadas com as mãos. No estado natural, isolante, um par de spins de direções contrárias anulam-se mutuamente. Já no estado magnético, os spins dos elétrons de uma camada não interferem com os spins dos elétrons das camadas adjacentes. Ou seja, as ondas magnéticas viajam apenas ao longo dos planos das camadas.

Frustração Geométrica

É isso que os cientistas chamaram de perda de uma dimensão. Eles acreditam que o fenômeno se deva a um efeito chamado frustração geométrica. Como as diversas camadas do silicato não estão perfeitamente alinhadas, o comportamento quântico dos spins no zigue-zague dos átomos parece "frustrar" a influência que um plano poderia causar sobre o outro.

O ponto quântico crítico ocorre sob a ação da temperatura e de um fortíssimo campo magnético, num estado físico conhecido como condensado de Bose-Einstein. Neste estado da matéria, as ondas magnéticas se propagam em todas as direções. Mas, no ponto quântico crítico, a propagação se restringe a único plano.

A experiência permitiu que os cientistas tivessem as primeiras informações sobre as razões dos comportamentos até agora inexplicáveis de materiais que se comportam como supercondutores em temperaturas bem acima do zero absoluto, assim como de magnetos metálicos conhecidos como férmions pesados.

"O cálice sagrado para a física da matéria condensada é o estabelecimento de uma base para o entendimento dos mecanismos que podem produzir a supercondutividade de alta temperatura," explica Neil Harrison, outro participante da pesquisa. "A redução dimensional observada no condensado de Bose-Einstein do silicato de cobre-bário fornece um exemplo particularmente vívido do papel da dimensionalidade na física da matéria condensada porque ela está livre de outras complicações que mascaram nosso entendimento dos materiais supercondutores."

Bibliografia:

Dimensional reduction at a quantum critical point
Suchitra E. Sebastian, Neil Harrison, Cristian D. Batista, Luis Balicas, Marcelo Jaime, Peter A. Sharma, Naoki Kawashima, Ian R. Fisher
Nature
01 Jun 2006
Vol.: 441, 617-620

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Cientistas descobrem como ligar e desligar um ímã

2010-04-17T09:15:00.000-07:00

Cientistas conseguiram ligar e desligar um magneto. Alterando as propriedades do material magnético, agora é possível fazer com que ele alterne entre a condição de material magnético duro e material magnético mole. A descoberta deverá ter largas implicações sobre o controle de equipamentos eletromagnéticos.

Materiais magnéticos duros e moles

Os materiais magnéticos são classificados em duros e moles, estes últimos também referidos como macios ou doces. Os magnetos duros, também chamados ímãs, são aqueles "permanentes" - o que significa que exigem um forte campo externo para levar sua magnetização a zero. Já os magnetos moles possuem um magnetismo facilmente reversível.

O uso dos materiais magnéticos depende justamente de que eles sejam duros ou moles. Ou, dito de outra forma, algumas aplicações exigem materiais duros e outras aplicações exigem materiais moles. Um ímã de geladeira, por exemplo, deve ser feito de um material magnético duro, para que possa permanecer grudado por muito tempo. Já os motores elétricos exigem materiais magnéticos moles, para que eles possam se adaptar rapidamente às alterações da corrente elétrica alternada.

A característica de material magnético duro ou mole depende do domínio - a menor unidade do material que mantém uma orientação magnética própria. No caso dos materiais magnéticos moles, quando o campo magnético externo é retirado, a orientação magnética dos domínios desaparece.

Ligando e desligando um ímã

O que os cientistas conseguiram fazer foi utilizar um campo magnético externo para fazer com que os domínios de outro material passassem de duros para moles e vice-versa.

"No processo, nós demonstramos uma nova rota para aplicações de magnetos a altas temperaturas e mostramos como a desordem química na escala do nanômetro pode ter um efeito gigantesco sobre as propriedades macroscópicas do magneto," diz o professor Gabriel Aeppli, do London Centre for Nanotechnology.

Da mesma forma que os semicondutores utilizados na fabricação dos chips de computador têm seu comportamento eletrônico ditado por alguns poucos átomos de "impurezas", os cientistas descobriram que os materiais magnéticos também podem ser "dopados" com uma variação mínima em sua constituição, resultando em um comportamento magnético totalmente diferente do material original.

Bibliografia:

A ferromagnet in a continuously tunable random field
D. M. Silevitch, D. Bitko, J. Brooke, S. Ghosh, G. Aeppli, T. F. Rosenbaum1
Nature
2 August 2007
Vol.: 448, 567-570
DOI: 10.1038/nature06050

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Materiais capazes de mesclar eletricidade e magnetismo poderão revolucionar computação

2010-04-17T09:12:00.000-07:00

Os microfones utilizam um material que mescla vibrações e campos elétricos a fim de transformar com alta eficiência o som em eletricidade. Os físicos esperam revolucionar a computação com materiais similares, capazes de combinar eletricidade e magnetismo. Uma nova teoria sugere a existência de uma nova classe desses materiais multiferróicos.

Nos computadores, o magnetismotem o mérito de armazenar informações, mas são os sinais elétricos que fazem os cálculos computacionais propriamente ditos. Muitos físicos acreditam que materiais que contenham tanto campos magnéticos quanto campos elétricos poderão permitir a criação de dispositivos computacionais inteiramente novos. Mas as duas propriedades raramente coexistem.

Mesclando eletricidade e magnetismo

Agora, pesquisadores descreveram uma nova técnica por meio da qual esse estado combinado pode ocorrer. A idéia amplia a gama de materiais que são potenciais candidatos para criar esse novo paradigma da computação.

Cada 0 ou 1 digital armazenado em um disco rígido é representado por um ponto microscópico de material magnético - um pedaço de magneto permanente, ou ferromagneto. Já os materiais ferroelétricos, que têm um alinhamento permanente da sua carga elétrica, são menos familiares, mas são utilizados, por exemplo, em microfones.

Os físicos têm sonhado com materiais que sejam simultaneamente ferromagnéticos e ferroelétricos. Nesse material multiferróico, eles esperam, um minúsculo campo magnético poderá controlar uma corrente elétrica. Ou talvez, um minúsculo sinal elétrico poderá reverter o campo magnético do material, ou alinhar magneticamente os spins dos elétrons que o atravessem, permitindo novos tipos de dispositivosspintrônicos.

Materiais Multiferróicos

Para essas aplicações, contudo, o comportamento elétrico e magnético devem influenciar fortemente um ao outro. "Os multiferróicos interessantes são aqueles nos quais você tem um acoplamento entre os dois," afirma Jeroen van den Brink, da Universidade de Leiden, Holanda.

Infelizmente, os mecanismos usuais que produzem a ferroeletricidade e o ferromagnetismo são incompatíveis ao nível atômico, de forma que eles raramente ocorrem juntos, quanto menos interagirem. Os cientistas já construíram materiais multiferróicos, por exemplo, misturando componentes que possuíam cada uma das propriedades. Eles também descobriram a coexistência dos dois em alguns materiais uniformes, mas isso parece exigir um padrão incomum, helicoidal, de magnetismo em escala atômica.

Magnetismo helicoidal

Van den Brink e seus colegas agora propõem um mecanismo menos exótico por meio do qual um material pode se tornar multiferróico. Sua teoria foi motivada por recentes experimentos de desorientação ("perplexing"), onde materiais chamados manganitos de terras-raras se tornam multiferróicos a baixas temperaturas, mesmo se eles não tiverem o padrão de magnetismo helicoidal.

Esses materiais formam as chamadas ondas de densidade de spin, nas quais os spins dos átomos - que se comportam como se fossem uma barra magnética - se organizam em camadas apontando alternadamente em direções opostas. Os pesquisadores afirmam que essa ordem magnética pode gerar um campo elétrico macroscópico.

Magnetismo em escala atômica

Os pesquisadores começam com a conjectura de que uma magnetização que se altera de um ponto para outro em escala atômica - ao contrário do magnetismo uniforme em um ferromagneto normal - gera um pequeno campo elétrico. Embora eles não saibam em detalhes como isto pode acontecer, isso não viola nenhuma das leis conhecidas e permite uma explicação simples dos dados.

Sua teoria então mostra como um campo em grande escala pode ser gerado se o período da onda de densidade spin é um múltiplo exato do período do espaçamento entre as camadas atômicas, além de ser deslocado de posicão em relação às camadas.

Essas condições parecem ser atendidas nas temperaturas nas quais os manganitos de terras-raras se tornam multiferróicos. A teoria também sugere que os pesquisadores devem procurar por um campo elétrico permanente em outros materiais que formam ondas de densidade spin, tais como certos cristais moleculares orgânicos.

Bibliografia:

Multiferroicity Induced by Dislocated Spin-Density Waves
Joseph J. Betouras, Gianluca Giovannetti, Jeroen van den Brink
Physical Review Letters
22 June 2007
Vol.: 98, 257602
DOI: 10.1103/PhysRevLett.98.257602

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Campos magnéticos são fotografados em 3-D pela primeira vez

2010-04-17T09:10:00.000-07:00

Campo magnético de um dipolo magnético visualizado por meio da técnica de nêutrons polarizados pelo spin.[Imagem: Hahn-Meitner-Institut Berlin]

Supercondutores e tomografias

Cientistas alemães conseguiram obter pela primeira vez imagens 3-D de campos magnéticos no interior de materiais sólidos não-transparentes. A nova visualização será uma ferramenta importante no entendimento da supercondutividade e no projeto de melhores equipamentos de imageamento médico.

Imagens 3-D tornaram-se uma ferramenta essencial na medicina. Mas elas são importantes também em outras áreas do conhecimento. A visualização direta de campos magnéticos, por exemplo, terá implicações no estudo do funcionamento dos supercondutores e no desenvolvimento de novos materiais para um sem-número de aplicações.

Nêutrons polarizados

Para "fotografar" os campos magnéticos no interior de um material sólido opaco, os cientistas utilizaram os nêutrons, partículas subatômicas que não têm carga elétrica, mas que possuem um momento magnético.

Quando sofrem a ação de um campo magnético externo, os nêutrons se comportam como pequenas agulhas de bússola, alinhando-se na mesma direção do campo. Os nêutrons também possuem spin - ou momento angular interno, - uma propriedade quântica que faz com que essa "agulha magnética" gire ao redor do seu eixo.

Quando todos os momentos magnéticos apontam no mesmo sentido, diz-se que os nêutrons estão polarizados pelo spin. Se uma amostra de material magnético for irradiada com esses nêutrons polarizados pelo spin, os momentos magnéticos dos nêutrons começarão a girar ao redor dos campos magnéticos que eles encontrarem na amostra, o que causará a alteração do seu spin.

Ao se detectar os spins no outro lado da amostra, torna-se possível "ver" os campos magnéticos, reconstruindo sua estrutura tridimensional na forma de uma imagem 3-D.

Bibliografia:

Three-dimensional imaging of magnetic fields with polarized neutrons
Nikolay Kardjilov, Ingo Manke, Markus Strobl, André Hilger, Wolfgang Treimer, Michael Meissner, Thomas Krist, John Banhart
Nature Physics
30 March 2008
Vol.: Advance online publication
DOI: 10.1038/nphys912

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Trem de levitação magnética espanhol funciona com ímãs permanentes

2010-04-17T09:09:00.000-07:00

Protótipo em miniatura do trem magnético que usa somente ímãs permanentes de neodímio.[Imagem: Andaluciainvestiga]

Trens de levitação magnética, também conhecidos como maglev, têm sido alvo de pesquisas em vários países. Já existe até mesmo uma linha comercial na China, que faz o percurso entre o aeroporto de Pudong e a cidade de Xangai em apenas 8 minutos.

Embora promissores, os trens magnéticos ainda são projetos caros demais para competir com os sistemas tradicionais de transporte, mesmo para países ricos como o Japão e a Alemanha, que têm pesquisas avançadas na área.

Trem magnético com ímãs permanentes

Mas a solução pode estar a caminho. Um grupo de engenheiros espanhóis desenvolveu um protótipo em pequena escala de um trem magnético que utiliza unicamente ímãs permanentes.

Os maglev tradicionais utilizam eletroímãs, o que é um dos principais fatores de seu elevado custo, tanto de instalação quanto de manutenção. Alguns projetos tentam incorporar supercondutores resfriados criogenicamente para aumentar a eficiência da sustentação magnética, o que eleva ainda mais os custos.

O que os pesquisadores da Universidade de Almería fizeram foi substituir os eletroímãs por ímãs de alta potência, semelhantes aos utilizados no interior dos discos rígidos de computador.

Ímãs de neodímio

Esses ímãs são comumente chamados de ímãs de terras raras, porque o seu principal componente é o elemento neodímio, membro dessa família da tabela periódica. Esses magnetos de neodímio chegam a ser nove vezes mais fortes do que os ímãs tradicionais. Sua composição inclui ainda o ferro e o boro, além de uma camada externa de níquel para evitar a oxidação.

Enquanto em um sistema maglev tradicional o movimento do trem é feito pela alternância em alta velocidade das polaridades dos eletroímãs, no sistema com ímãs permanentes o movimento se dá, segundo os pesquisadores, por meio de uma combinação específica de atrações e repulsões "devidamente moderadas por ligas de aço," que permitem que o trem seja dirigido para frente ou para trás ou parado.

Em uma entrevista por email, os pesquisadores afirmaram não poderem dar detalhes técnicos do funcionamento por questões de sigilo industrial. Segundo eles, o protótipo em escala reduzida já demonstrou a viabilidade da tecnologia.

Um trem magnético baseado em ímãs permanentes teria custos operacionais extremamente baixos, com a sua manutenção se restringindo à conservação mecânica.

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Cientistas criam um superátomo magnético

2010-04-17T09:06:00.000-07:00

[Imagem: Ulises Reveles]

Um grupo internacional de pesquisadores descobriu um aglomerado estável de átomos capaz de representar diferentes elementos da tabela periódica.

Chamado de "superátomo magnético", a novidade, segundo os cientistas, poderá ser usada na criação de componentes eletrônicos moleculares para equipar a próxima geração de computadores, que seriam muito mais rápidos e com maior capacidade de armazenamento.

Magnetismo do manganês

O aglomerado, composto por um átomo de vanádio e oito de césio (VCs8), atua como um pequeno ímã capaz de simular um único átomo de manganês em força magnética, ao mesmo tempo permitindo que elétrons com orientação de spin específica sejam atraídos pela camada de átomos de césio.

Já o aglomerado MnAu24(SH)18, também criado pelos pesquisadores, é um superátomo recoberto por uma camada externa de átomos de enxofre e hidrogênio, que os protege de "ataques" químicos externos. Essa proteção torna-os valiosos para pesquisas em aplicações biomédicas.

O estudo, conduzido por Shiv Khanna, da Virginia Commonwealth University nos Estados Unidos, e colegas de outras instituições do país e da Índia, foi publicado no site da revista Nature Chemistry.

Estabilidade atômica

Por meio de uma série elaborada de estudos teóricos, o grupo examinou as propriedades eletrônicas e magnéticas de aglomerados contendo um átomo de vanádio envolto por múltiplos átomos de césio.

Os cientistas observaram que quando o aglomerado tinha oito átomos de césio ele adquiria uma estabilidade extra, devido a um estado eletrônico preenchido. Um átomo está em configuração estável quando sua camada mais exterior é dita preenchida. Consequentemente, quando um átomo se combina com outros, ele tende a perder ou ganhar elétrons de valência, de modo a adquirir uma configuração estável.

Momento magnético

Segundo Khanna, o novo aglomerado tem um momento magnético (medida da intensidade da fonte magnética) de 5 magnetons de Bohr, que é mais do que o dobro do valor para um átomo de ferro em um ímã sólido do mesmo elemento.

Como o átomo de manganês tem um momento magnético semelhante e uma camada eletrônica fechada, os cientistas estimam que o novo aglomerado possa ser usado para simular um átomo de manganês.

"O césio é um bom condutor de eletricidade e o superátomo combina a vantagem da característica magnética com a facilidade de condução pela camada mais externa. Uma combinação como essa poderá levar a desenvolvimentos importantes na área de eletrônica molecular", disse Khanna.

Bibliografia:

Designer magnetic superatoms
J. Ulises Reveles, Peneé A. Clayborne, Arthur C. Reber, Shiv N. Khanna, Kalpataru Pradhan, Prasenjit Sen, Mark R. Pederson
Nature Chemistry
14 June 2009
Vol.: Published online before print
DOI: 10.1038/nchem.249

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Monopolos magnéticos são observados pela primeira vez

2010-04-17T09:04:00.000-07:00

Espaguete de spins das cordas de Dirac. [Imagem: HZB / D.J.P. Morris & A. Tennant]

Gravidade e magnetismo

Se você é do tipo de pessoa que gosta de olhar as coisas por um outro ângulo, deve ficar intrigado com a gravidade. Ao contrário das outras forças, a gravidade não possui um correspondente negativo. Pelo menos não que a física já tenha tomado conhecimento.

Mesmo sendo a mais fraca de todas as forças, não conhecemos uma "gravidade negativa." Se conhecêssemos, construir carros flutuantes ou ir ao espaço não seria mais problema - desde que aprendêssemos a controlar essa gravidade negativa.

O oposto acontece com o magnetismo. Por que os magnetos aparecem sempre em pólos opostos? Por que não podemos ter um "norte" que não esteja associado com um "sul" e vice-versa? Este tem sido um mistério que desafia os físicos há séculos.

Monopolos magnéticos

Em 1931, o físico britânico Paul Dirac - que dividiu o Prêmio Nobel de Física com Erwin Schrödinger em 1933 - defendeu a existência desses chamados monopolos - pólos magnéticos solteiros, independentes dos seus irmãos siameses.

Segundo ele, os monopolos existiriam na extremidade de tubos que conduzem campos magnéticos. Esses tubos passaram a ser conhecidos como cordas de Dirac. Mas isso era apenas teoria, sem que ninguém tivesse conseguido detectar os monopolos.

Agora, uma equipe de pesquisadores alemães e ingleses acaba de observar experimentalmente pela primeira vez os monopolos magnéticos em materiais reais.

Os pesquisadores detectaram os monopolos magnéticos em um único cristal de titanato de disprósio, por meio de um experimento de espalhamento de nêutrons.

Espaguete de spins

Esquema do experimento de espalhamento de nêutrons, que são disparados contra a amostra e, quando um campo magnético é aplicado às cordas de Dirac, alinham-se com os monopolos magnéticos na extremidade dessas cordas. [Imagem: HZB / D.J.P. Morris & A. Tennant]

O titanato de disprósio cristaliza-se em uma geometria absolutamente incomum, chamada estrutura piroclórica. Com o auxílio do espalhamento de nêutrons, os pesquisadores demonstraram que os momentos magnéticos no interior do material se reorganizam para formar o assim chamado "espaguete de spins" (Spin-Spaghetti). Esse nome vem do ordenamento dos próprios dipolos, de tal forma que cria-se uma rede de tubos (ou cordas) retorcidos, através dos quais o fluxo magnético é transportado - a corda de Dirac.

Os monopolos magnéticos podem ser visualizados através de sua interação com os nêutrons, eles próprios detentores de um momento magnético. Dessa forma, os nêutrons se espalham de uma forma que revela os momentos das cordas de Dirac.

Durante as medições do espalhamento de nêutrons, os pesquisadores aplicaram um campo magnético ao titanato de disprósio. Com este campo, eles conseguiram influenciar a simetria e a orientação das cordas, reduzindo a densidade das redes de cordas e fazendo com que os monopolos se dissociassem. Como resultado, sob temperaturas entre 0,6 e 2 Kelvin, as cordas ficaram visíveis, apresentando os monopolos magnéticos nas suas extremidades.

Nova propriedade da matéria

O experimento demonstra que os monopolos magnéticos são estados emergentes da matéria, isto é, eles surgem como uma propriedade resultante do arranjo dos dipolos e são completamente diferentes dos elementos constituintes do material.

"Nós estamos falando sobre propriedades fundamentais da matéria totalmente novas. Essas propriedades são geralmente válidas para materiais com a mesma topologia, ou seja, para momentos magnéticos da rede piroclórica. Isto pode ter grandes implicações para o desenvolvimento de novas tecnologias. Acima de tudo, [nosso trabalho] representa a primeira observação já feita do fracionamento em três dimensões," explicou Jonathan Morris, um dos participantes da descoberta.

Bibliografia:

Dirac Strings and Magnetic Monopoles in Spin Ice Dy2Ti2O7
D.J.P. Morris, D.A. Tennant, S.A. Grigera, B. Klemke, C. Castelnovo, R. Moessner, C. Czter-nasty, M. Meissner, K.C. Rule, J.-U. Hoffmann, K. Kiefer, S. Gerischer, D. Slobinsky, R.S. Perry
Science
September 3, 2009
Vol.: Published Online
DOI: 10.1126/science.1178868

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

Magnetricidade é observada pela primeira vez

2010-04-17T09:00:00.000-07:00

O equivalente magnético da eletricidade - chamado de magnetricidade - foi demonstrado experimentalmente pela primeira vez por cientistas do London Centre for Nanotechnology, da Inglaterra.

A comprovação de que uma carga magnética pode se comportar e interagir em alguns materiais exatamente como uma carga elétrica deverá levar a avanços tecnológicos significativos, assim como exigirá uma reavaliação de todas as atuais teorias sobre o magnetismo.

Norte sem Sul

No mês passado, depois de quase 80 anos de tentativas, cientistas conseguiram demonstrar experimentalmente pela primeira vez a existência de monopolos magnéticos, uma espécie de "carga magnética" individual, de dimensões atômicas.

Todo ímã é formado por dois polos inseparáveis, chamados norte e sul. Se ele for cortado no meio, nascerá um outro ímã, com os dois polos, e assim sucessivamente, até o nível atômico. Mesmo um único átomo se comportará como uma pequena barra magnética, com dois polos.

Contudo, o padrão de orientação dos polos magnéticos parece se propagar por alguns materiais, fazendo surgir as chamadas "cargas magnéticas" - em tudo equivalentes aos polos magnéticos individuais previstos por Paul Dirac em 1931.

Entenda o processo de geração das cargas magnéticas:
a) no campo zero, as cargas magnéticas ocorrem como pares associados, mas algumas se dissociam, gerando um momento magnético flutuante;
b) o campo de energia compete com o potencial de Coulomb, baixando a barreira que ativa a dissociação;
c) um campo aplicado transversalmente acelera as cargas, fazendo-as se dissociarem;
d) no campo aplicado, essas cargas permanecem dissociadas, enquanto mais pares associados se formam para restaurar o equilíbrio. As cargas livres geram flutuações no momento magnético que são detctadas por múons implantados.
[Imagem: Bramwel et al.]

Carga magnética

Agora, os pesquisadores ingleses não apenas mediram a carga dos monopolos magnéticos, como detectaram seu movimento, demonstrando que há uma simetria perfeita entre a eletricidade e o magnetismo - a magnetricidade.

Os monopolos foram detectados como distúrbios no estado magnético de um material conhecido como gelo de spin (Dy₂Ti₂O₇). Segundo os cientistas, eles só podem existir no interior do material.

A corrente magnética resulta do movimento dessas cargas magnéticas de dimensões atômicas, da mesma forma que a carga elétrica resultado do movimento dos elétrons.

"Este é passo muito importante para confirmar que a carga magnética pode fluir como uma carga elétrica. Estamos nos primeiros estágios, mas quem sabe quais aplicações da magnetricidade poderão estar disponíveis nos próximos 100 anos," prevê o professor Steve Bramwell, coordenador do estudo.

Bibliografia:

Measurement of the charge and current of magnetic monopoles in spin ice
S. T. Bramwell, S. R. Giblin, S. Calder, R. Aldus, D. Prabhakaran, T. Fennell
Nature
15 October 2009
Vol.: 461, 956-959
DOI: 10.1038/nature08500

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2010-04-17T08:56:00.000-07:00

Ondas solitárias demonstram dilatação do tempo prevista por Einstein

Redação do Site Inovação Tecnológica - 16/02/2009

Distribuição bidimensional de um campo magnético, mostrando pequenas "excitações de formato", que podem ser consideradas como sólitons propagando-se ao longo de outros sólitons. São essas ondas de formato que são utilizadas para medir os efeitos da dilata[Imagem: Riken]

Ondas solitárias, aprisionadas em junções de materiais supercondutores, podem ser usadas para demonstrar efeitos da dilatação do tempo similares àqueles previstos pela teoria especial da relatividade, formulada por Albert Einstein.

Ondas solitárias

As ondas solitárias, mais conhecidas como sólitons, são ondas que não perdem facilmente energia e nem o seu formato.

Um pulso de luz, por exemplo, que é uma onda com picos e vales, tende a perder força quando transmitido ao longo de uma fibra óptica. É como se, depois de ter percorrido um pequeno trecho, a onda de luz começasse a "ficar achatada", até desaparecer. Isso não acontece com os sólitons (para entender mais, vejaDescoberta mostra que sólitons, além de ondas, são partículas complexas).

Os sólitons já foram documentados em várias áreas da ciência, incluindo a óptica, a física da matéria condensada, a astrofísica e até a biologia, onde essas ondas podem ser observadas durante a transferência de energia no DNA.

Junção Josephson

E elas podem ocorrer também em uma fina camada isolante ensanduichada entre dois supercondutores - a chamada junção Josephson.

Agora, pesquisadores japoneses do Instituto Riken descobriram um novo tipo de sóliton no interior de uma junção Josephson que pode ser utilizada para medir os efeitos da dilatação do tempo.

Vórtice Josephson

Nessas junções ocorre um fenômeno chamado vórtice Josephson, um campo magnético localizado e espacialmente restrito que pode ser acelerado no interior do material. Quando o vórtice Josephson se aproxima da velocidade da luz naquele material, ele pode começar a sofrer efeitos relativísticos.

Um desses efeitos é a chamada contração de Lorentz, uma contração no comprimento dos sólitons. Mas, até agora, a medição do outro efeito relativístico - a dilatação do tempo - não havia sido conseguido experimentalmente.

Demonstrando a dilatação do tempo

"Tem sido difícil observar a dilatação do tempo para um vórtice Josephson em movimento porque nós precisamos de alguma coisa interna funcionando como um relógio para medir o tempo em seu quadro de referência," explica o professor Franco Nori.

"Nós não encontramos esse relógio nas junções Josephson tradicionais, mas nós descobrimos um que pode existir nos vórtices de junções Josephson grandes e largas," diz ele.

O "relógio" descoberto por Nori e seus colegas é uma onda não-linear que se propaga ao longo dos vórtices Josephson, pertencendo, portanto, ao quadro de referência do próprio vórtice.

As excitações são associadas com distorções nos vórtices, podem assumir virtualmente qualquer formato e se mantêm por um longo tempo enquanto a onda está se propagando. Segundo os pesquisadores, elas funcionam como uma espécie de ponteiro dos minutos de um relógio, mantendo o tempo no quadro de referência do sóliton em movimento.

Aplicações práticas

A descoberta tem grandes implicações, muito além de mais uma comprovação da Teoria da Relatividade.

"Este efeito poderá ser utilizado para transferir informações e em guias-de-onda para [equipamentos operando na frequência da] radiação Terahertz," dizem os pesquisadores.

Bibliografia:

Shape Waves in 2D Josephson Junctions: Exact Solutions and Time Dilation
Physical Review Letters
Vol.: 101, Issue 12
DOI: 10.1103/PhysRevLett.101.127002

Josephson vortices as flexible waveguides for terahertz waves
Journal of Applied Physics
Vol.: 104, 064507
DOI: 10.1063/1.2979714

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Telescópios do futuro terão espelhos inteligentes feitos a laser

2010-04-17T08:53:00.000-07:00

[Imagem: Thomson et al.]

Nem bem foi dada a largada para a construção do maior telescópio óptico do mundo, que só deverá ficar pronto em 2019, e os cientistas já estão pensando nos telescópios do futuro, cujos espelhos deverão ter dimensões equivalentes a meio campo de futebol.

Nessas proporções, as técnicas atuais para a construção de espelhos não serão mais úteis. E, se não há tecnologia disponível, é necessário inventar novas.

Astrofotônica

É o que está fazendo o nascente campo da astrofotônica, uma interface entre a astronomia e a fotônica, o equivalente óptico da eletrônica. Em essência, a astrofotônica utiliza fibras ópticas e componentes fotônicos - capazes de capturar, dirigir e medir a luz - para processar a luz das estrelas e galáxias, fazendo um trabalho em um nível de precisão inalcançável pelo olho humano.

A fotônica já é utilizada hoje pelos astrônomos, nas chamadas técnicas de interferometria, que estão permitindo a descoberta de planetas extrassolares. Mas os telescópios do futuro exigirão mais do que os minúsculos chips que atualmente fazem este trabalho.

Espelhos inteligentes feitos a laser

E um grupo de cientistas ingleses acredita ter achado a rota para o desenvolvimento das tecnologias necessárias para a fabricação desses telescópios gigantescos.

Segundo eles, o caminho mais promissor para a construção dos espelhos inteligentes, capazes de captar luzes extremamente fracas e processá-la com precisão, está em uma técnica à base de laser, capaz de esculpir caminhos tridimensionais para a luz, com precisão na faixa dos micrômetros.

Em menos de um picossegundo, os pulsos de um raio laser ultrarrápido atingem picos de potência superiores a 10 GW. Quando focalizados no interior de uma substância transparente, a estrutura do material absorve a energia, alterando sua estrutura em áreas microscópicas.

Caminhos de luz

Essas mudanças estruturais alteram o índice de refração do material, que estabelece a velocidade com que a luz viaja através dele. Alterando o índice de refração ao longo de uma linha contínua, os pesquisadores criaram guias de ondas ópticas no interior do material, espécies de "estradas" por onde a luz captada pode viajar.

Os pesquisadores afirmam que a técnica é adequada, por exemplo, para a construção dos espelhos do telescópio ELT Europeu (Extremely Large Telescopes). Ainda em fase de projeto, os cientistas pretendem que os espelhos desse telescópio tenham 42 metros de diâmetro.

Arqueologia espacial

A sensibilidade desses equipamentos astrofotônicos será tão grande que permitirá uma espécie de "arqueologia galáctica," capturando a luz das galáxias na borda do nosso universo, retratando-as nos momentos iniciais de sua formação.

Essa arqueologia espacial exige a captura da luz de muitos tipos diferentes de corpos celestes e a análise em separado de cada um deles. Em um ELT do futuro, o número de objetos que deverão ser simultaneamente analisados deverá chegar a 100.000.

Bibliografia:

Ultrafast laser inscription: an enabling technology for astrophotonics
Robert R. Thomson, Ajoy K. Kar, Jeremy Allington-Smith
Optics Express
February 2009
Vol.: 17, Issue 3, pp. 1963-1969
DOI: 10.1364/OE.17.001963

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Agência Espacial Européia começa a construir a espaçonave do futuro

2010-04-17T08:43:00.000-07:00

Espaçonave do futuro

A Agência Espacial Européia (ESA) decidiu apostar em uma tecnologia com a qual se sonha desde o início da exploração espacial: uma espaçonave capaz de decolar de um aeroporto, como um avião comum, tornando-se um foguete tradicional assim que ultrapassa os limites da atmosfera mais densa e entra em órbita.

A empresa Reaction Engines, contratada para desenvolver as primeiras peças do motor revolucionário que deverá equipar essa espaçonave do futuro afirma que uma espaçonave reutilizável, capaz de decolar de um aeroporto convencional, colocar uma carga de 20 toneladas em órbita e retornar ao solo na mesma pista de onde decolou pode estar a menos de uma década de se tornar uma realidade.

Motor híbrido

A espaçonave-conceito foi batizada de Skylon, e o motor híbrido que a equipará chama-se Sabre.

O Sabre é um motor híbrido inédito capaz de "respirar" o ar enquanto está na atmosfera, como um motor a jato, tornando-se um foguete quando atinge o espaço.

Essa capacidade dá uma vantagem excepcional a essa espaçonave híbrida, uma vez que grande parte do combustível de um foguete tradicional, como o conjunto responsável por colocar os ônibus espaciais em órbita, é consumida para carregar o oxigênio utilizado para queimar o hidrogênio que o alimenta.

Ao "respirar" o oxigênio diretamente da atmosfera, a quantidade de oxidante e combustível que precisa ser carregada é muito menor, permitindo a construção de uma espaçonave menor e mais versátil.

Meio turbina, meio foguete

Durante o período em que o motor Sabre queima o combustível utilizando o oxigênio atmosférico, o ar é inicialmente resfriado por um trocador de calor proprietário, sobre o qual a empresa não fornece maiores detalhes. A seguir ele é comprimido e injetado no interior do motor-foguete para ser queimado com o hidrogênio.

Quando a espaçonave atinge uma altitude onde o ar é muito rarefeito, não possuindo oxigênio suficiente para alimentar o motor, a nave Skylon muda para modo foguete e passa a utilizar seus tanques de oxigênio líquido para manter o funcionamento do motor-foguete, que não sofre qualquer interrupção.

Áreas de desenvolvimento

A ESA já garantiu o financiamento que permitirá o desenvolvimento de três partes vitais do novo motor híbrido para equipar a espaçonave reutilizável.

A primeira é exatamente o sistema de pré-resfriamento, que a Reaction Engines chama de revolucionário. O financiamento permitirá que o equipamento saia da prancheta e vire um protótipo, que será testado em um jato B9, de propriedade da empresa.

A segunda área de desenvolvimento será a seção de resfriamento da câmara de combustão, onde os propulsores são misturados e queimados, produzindo vapor de água que sairá da câmara a uma temperatura em torno de 3000º C. O motor Sabre utilizará o ar ou o oxigênio líquido como fluido de refrigeração - uma mudança radical em relação aos foguetes tradicionais, que utilizam o hidrogênio para o resfriamento da câmara de combustão. Esta parte do desenvolvimento estará a cargo das alemãs Astrium e DLR.

A terceira área, coordenada pela Universidade de Bristol, na Inglaterra, irá desenvolver os bocais de exaustão do foguete, que deverão ser capazes de se adaptar às variações de pressão atmosférica.

Para conhecer as pesquisas da NASA que abordam designs inovadores para motores-foguete.

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[Imagem: Mann/Reaction Engines]

Bombardeio de asteroides pode ter estimulado a vida na Terra

2010-04-17T08:40:00.000-07:00

Meteoros gigantes

Há quase 4 bilhões de anos, a Terra foi bombardeada impiedosamente, atingida por asteroides quase tão grandes como o Estado de São Paulo. Mas o evento, que em teoria poderia extinguir qualquer vida em potencial que existisse no momento, pode ter provocado justamente o contrário.

De acordo com um estudo feito por dois pesquisadores da Universidade do Colorado, nos Estados Unidos, e publicado nesta quinta-feira (21/5), na revista Nature, os impactos deram um impulso para o desenvolvimento da vida no planeta.

Bombardeio de meteoros

Evidência de tais choques foi encontrada na Lua, em meteoritos e na superfície de planetas como Mercúrio e Marte e indica um ambiente extremamente violento durante o Hadeano - o éon mais antigo, que começou com a formação dos planetas do Sistema Solar -, entre cerca de 4,5 bilhões e 3,8 bilhões de anos atrás.

A violência atingiu seu pico durante o evento cataclísmico conhecido como Bombardeio Pesado Tardio, há 3,9 bilhões de anos. Embora muitos acreditem que o evento teria esterilizado a Terra, o novo estudo indica que ele pode ter derretido apenas uma fração da crosta e que microrganismos podem muito bem ter sobrevivido em hábitats subterrâneos, insulados das destruição na superfície.

Ou seja, o estudo aponta que a vida na Terra pode ter começado muito mais cedo do que se imaginava. "Os resultados levam o possível início da vida no planeta para bem antes do período de bombardeamento. Eles abrem a possibilidade de que a vida pode ter surgido tão cedo quanto há 4,4 bilhões de anos, no momento em que os primeiros oceanos devem ter se formado", disse Oleg Abramov, um dos autores do estudo.

Pedras da Lua

Como qualquer evidência física do Bombardeio Pesado Tardio já foi apagada durante a história do planeta, os pesquisadores usaram dados de rochas trazidas da Lua pelo programa Apolo, registros de impactos na Lua, Marte e Mercúrio e estudos teóricos anteriores para construir modelos computacionais em três dimensões que replicam o bombardeio.

Abramov e seu colega Stephen Mojzsis adicionaram dados variados de tamanhos de asteroides, frequência e estimativas de distribuição de impactos nas simulações, de modo a tentar entender os danos promovidos no planeta pelo evento que estima-se tenha durado de 20 milhões a 200 milhões de anos.

Os modelos computacionais possibilitaram monitorar temperaturas no interior de crateras para estimar o aquecimento e esfriamento na crosta em seguida aos violentos impactos. Os resultados indicaram que menos de 25% da crosta terrestre teria derretido por conta do bombardeio de asteroides.

Poda na árvore da vida

Em seguida, os pesquisadores multiplicaram por dez vezes a intensidade da destruição promovida pelos impactos, em um resultado que seria suficiente para vaporizar todos os oceanos. "Mas mesmo sob tais condições extremas a Terra não teria sido esterilizada completamente", disse Abramov.

Segundo os pesquisadores, microrganismos capazes de sobreviver em temperaturas muito elevadas, conhecidos como bactérias hipertermofílicas, poderiam ter resistido ao bombardeio.

"Os resultados sugerem fortemente que nenhum evento desde a formação da Lua foi capaz de destruir a crosta terrestre e de varrer toda a biosfera presente. Em vez de derrubar a árvore de vida, acreditamos que o Bombardeio Pesado Tardio apenas a podou", disse Abramov.

O estudo reforça a ideia de que outros planetas, como Marte, podem abrigar microrganismos subterrâneos.

Bibliografia:

Microbial habitability of the Hadean Earth during the late heavy bombardment
Stephen J. Mojzsis, Oleg Abramov
Nature
21 May 2009
Vol.: 459, 419-422
DOI: 10.1038/nature08015

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Cientistas concluíram que bombardeio de asteroides, há 3,9 bilhões de anos, não foi suficiente para esterilizar a Terra e pode mesmo ter estimulado formas de vida subterrânea.[Imagem: NASA/JPL]

Por que a Terra está se afastando do Sol?

2010-04-17T08:38:00.000-07:00

[Imagem: NASA]

Sol distante

A distância entre o Sol e a Terra é conhecida como Unidade Astronômica, ou simplesmente UA, uma espécie de "quilômetro espacial", usada para expressar as enormes distâncias interplanetárias. Uma Unidade Astronômica mede 149.597.870,696 km.

A medição mais precisa feita até hoje dessa distância entre o Sol e a Terra foi concluída em 2004 pelos astrofísicos russos Gregoriy A. Krasinsky e Victor A. Brumberg. E, ao término de seu trabalho, eles fizeram uma descoberta surpreendente: a Terra está se afastando do Sol a uma velocidade de 15 centímetros por ano.

Resfriamento global no futuro

Quinze centímetros por ano não parece ser muito, talvez apenas o suficiente para permitir uma previsão de que a Terra terá problemas de resfriamento global em algumas centenas de milhões de anos. Mas é o suficiente para exigir uma explicação. Afinal de contas, o que está afastando a Terra do Sol?

A explicação que primeiro se ofereceu foi a de que o Sol está perdendo massa, via fusão nuclear e pela emissão dos ventos solares. Perdendo massa, ele perderia sua força gravitacional e permitiria que os planetas ao seu redor se afastassem.

Outras possibilidades levantadas incluíram alterações na constante gravitacional G, efeitos da expansão do Universo e até influências da matéria escura. Mas nenhuma delas passou pelo crivo da comunidade científica.

Marés solares

Agora, Takaho Miura e seus colegas da Universidade de Hirosaki, no Japão, elaboraram uma nova explicação para o afastamento da Terra em relação ao Sol. O artigo científico deverá ser publicado em breve no periódico Astronomy & Astrophysics, mas a proposta foi adiantada em uma reportagem da revista New Scientist.

Segundo os cientistas japoneses, o Sol e a Terra estão literalmente empurrando-se mutuamente devido à interação de suas marés.

O fenômeno é o mesmo que explica o afastamento da Lua em relação à Terra: as marés que a Lua levanta em nossos oceanos estão gradualmente transferindo energia rotacional para o movimento lunar. Como resultado, a cada ano a órbita lunar aumenta cerca de 4 centímetros, e a velocidade de rotação da Terra diminui em 0,000017 segundos.

O tempo de fato está passando mais lentamente

Dezessete milissegundos por ano é outro dado nada apocalíptico, mas o suficiente para projetar que, ao contrário do que o senso comum aponta, ao invés do tempo estar passando mais rápido, ele de fato passa cada dia mais lentamente - literalmente 0,000017 segundos por ano - e os dias terrestres tenderão a ficar maiores no futuro.

Da mesma forma, afirmam os cientistas, a massa da Terra está causando o levantamento de marés na superfície do Sol, o que explica uma diminuição na rotação do Sol em 0,00003 segundos (3 milissegundos) por ano. Ao perder momento angular, o Sol permite que a distância entre ele e a Terra aumente gradualmente.

Embora já tenha sido aceito para publicação, o que significa que os revisores verificaram que a proposta é cientificamente válida, será necessário que outros astrofísicos avaliem os métodos e cálculos dos pesquisadores japoneses antes que se possa considerar esta como sendo a explicação "oficial" para o já bem documentado afastamento entre o Sol e a Terra.

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escoberto acelerador de partículas natural na Via Láctea

2010-04-17T08:33:00.000-07:00

Imagem de uma parte dos restos da explosão de uma supernova, que foi documentada por astrônomos chineses no ano 185 da nossa era.[Imagem: ESO]

O mistério dos raios cósmicos

Enquanto o LHC, o maior acelerador de partículas já construído pelo homem, continua se preparando para funcionar, cientistas do Telescópio Chandra, que explora o universo na faixa das micro-ondas, encontraram uma espécie de acelerador de partículas natural, localizado aqui mesmo na Via Láctea.

A descoberta resolve um mistério que permanecia sem explicação desde os voos dos astronautas da missão Apollo. Os astronautas relatavam que, mesmo de olhos fechados, viam estranhos flashes de luz.

Desde então, a explicação era que os flashes eram causados pelos raios cósmicos, partículas de altíssima energia que chegavam na Terra vindos de fora do Sistema Solar. Ao atingirem a Terra, eles têm energia suficiente até mesmo para causar problemas nos equipamentos eletrônicos das naves e satélites em órbita.

Mais forte que o LHC

Mas a pergunta que permanecia sem resposta era: O que acelera essas partículas, na maioria prótons, para fazê-los viajar em velocidades próximas à da Luz? Nem mesmo o LHC será capaz de acelerar partículas a velocidades tão altas quanto a desses raios cósmicos, que quase alcançam o "limite máximo de velocidade" do Universo.

O que os cientistas do observatório Chandra agora conseguiram foi flagrar em funcionamento esse acelerador de partículas natural. "Nossas observações mostraram a arma ainda fumegante," diz o a Dra. Eveline Helder.

"Você pode até mesmo dizer que agora nós confirmamos o calibre da arma usada para acelerar os raios cósmicos até suas tremendas energias," acrescenta Jacco Vink, que também participou da pesquisa.

Explosão de uma supernova

O estudo indica que os raios cósmicos são acelerados pela explosão estelar de uma supernova. Uma parte da energia da explosão é consumida para acelerar os raios cósmicos. Esse gasto de energia é feito às expensas do aquecimento do gás que se espalha da explosão, que se demonstrou ser muito mais frio do que as teorias previam.

Os cientistas observaram uma supernova que explodiu no ano 185 da nossa era e que foi detectada por astrônomos chineses da época. Os restos da explosão, conhecidos como RCW 86, estão a 8.200 anos-luz da Terra, na constelação Circinus (compasso).

Onda de choque estelar

O telescópio Chandra foi capaz de medir até mesmo a onda de choque causada pela explosão. Para isto, os pesquisadores usaram imagens captadas da RCW 86 com três anos de intervalo e descobriram que a onda de choque continua viajando a uma velocidade entre 10 e 30 milhões de quilômetros por hora, entre 1 e 3% da velocidade da luz.

A temperatura do gás atinge 30 milhões de graus Celsius, o que pode parecer muito, mas é muito menos do que o esperado. Dada a onda de choque da explosão, essa temperatura deveria ter aquecido o gás ao menos a meio bilhão de graus.

"A energia faltante é o que acelera os raios cósmicos," concluem os cientistas.

Bibliografia:

Measuring the cosmic ray acceleration efficiency of a supernova remnant
E. A. Helder, J. Vink, C. G. Bassa, A. Bamba, J. A. M. Bleeker, S. Funk, P. Ghavamian, K. J. van der Heyden, F. Verbunt, R. Yamazaki
Science
June 25, 2009
Vol.: Published Online
DOI: 10.1126/science.1173383

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Astrônomos brasileiros descobrem segredo de estrelas binárias

2010-04-17T08:31:00.000-07:00

Dois astrônomos brasileiros elaboraram um mapa de um eclipse estelar, envolvendo sistemas de estrelas binárias, com uma qualidade nunca obtida até hoje. A descoberta foi publicada no conceituado The Astrophysical Journal.

Usando técnicas indiretas de obtenção de imagens, o estudo traz respostas a questões que há décadas intrigavam os astrônomos sobre as chamadas estrelas variáveis cataclísmicas - sistemas binários onde existe transferência de matéria de um corpo celeste para o outro.

Estrelas binárias

Com dados coletados por um telescópio de cinco metros de diâmetro em Monte Palomar, na Califórnia (EUA), o estudo da permitiu a construção de mapas dos eclipses da DQ Herculis.

Nesse sistema binário, a estrela que doa matéria passa na frente da anã branca e do seu disco de gás uma vez a cada 4h38m. Graças aos eclipses, é possível medir a velocidade do movimento das estrelas, determinar suas massas e dimensões, entre outros parâmetros.

"O trabalho foi chamado de estado da arte para técnicas de mapeamento indireto pelo revisor dessa importante revista científica, e demonstra a qualidade da pesquisa em astrofísica realizada na UFSC", comemora o físico Roberto Saito, que divide a autoria do artigo com seu orientador no doutorado, o professor Raymundo Baptista, integrante do Grupo de Astrofísica, ligado ao Departamento de Física da Universidade Federal de Santa Catarina.

Leis de Newton e Kepler

"Os resultados permitem entender muitas coisas acerca da DQ Herculis e, ao mesmo tempo, nos livram de muitas explicações pouco convincentes e incompatíveis", complementa o professor Raymundo Baptista, um especialista em imageamento indireto para estrelas, líder de um grupo de pesquisa que coleciona vasta lista de resultados obtidos com essas técnicas.

O estudo das binárias próximas é importante pois a interação entre elas permite extrair uma grande quantidade de informações e aplicar as leis de Newton e de Kepler, para determinação das massas e raios das estrelas. Os resultados obtidos por Saito servem para testar modelos e teorias e auxiliam numa maior compreensão da física dos discos de acréscimo (que levam matéria para uma das estrelas no sistema binário), colaborando com investigações sobre como estes astros se comportam.

Eventos cataclísmicos

"Justificando a designação, as estrelas variáveis cataclísmicas são palco de eventos cataclísmicos, como explosões de Novas e Novas anãs", lembra o professor Raymundo Baptista, exemplificando a contribuição do estudo para a astronomia e o avanço do conhecimento sobre o Universo.

DQ Herculis é um corpo celeste que apresenta brilho peculiar. Além da variação causada pelo movimento das duas estrelas que a formam, com período 4h38m, existe uma outra variação de brilho, com período de 71 segundos. O trabalho da UFSC tornou possível a obtenção de mapas de eclipse ao longo dos períodos de pulsação, com precisão significativa, desvendando detalhes de seu comportamento.

Farol estelar

Em um sistema desse tipo, uma estrela tipo solar transfere matéria para uma estrela compacta do tipo anã branca (objeto cósmico remanescentes de estrelas mortas). A matéria afunila em direção à anã branca através de um disco de matéria (o chamado disco de acréscimo).

É então capturada pelas linhas de campo magnético, formando um "chuveiro de matéria", até chocar-se com os pólos magnéticos na superfície da anã branca (veja a imagem acima, com a concepção artística do evento). O choque desse material sobre os pólos magnéticos da anã branca cria duas grandes manchas brilhantes e causa um efeito de "farol" enquanto a estrela rotaciona.

Os mapas obtidos a partir do trabalho de Saito e Baptista mostram duas regiões de brilho. Uma mais interna, que gira no sentido anti-horário, coerente com os chuveiros de matéria previstos pelos modelos de acréscimo com campo magnético. Além disso, uma região que pulsa com o período de 71s, que pode ser facilmente interpretada como a iluminação do disco externo pelo "farol" que gira junto com a estrela central, levando à pulsação que há meio século intrigava os astrônomos.

"Apesar da pulsação de 71 segundos ser conhecida há 50 anos, havia uma dúvida se o que víamos era um farol com feixe único, girando com 71s, ou um farol com dois feixes opostos, girando com 142 segundos, pois o efeito é o mesmo: pulsos a cada 71 segundos. Nossos resultados mostram que existem mesmo dois feixes, mas girando com 71 segundos. Resolvemos uma dúvida de mais de 30 anos.", comemora o professor Raymundo Baptista.

Fonte das pulsações

Os mapas revelam também que a principal fonte da pulsação é a luz refletida na borda externa e espessa que existe na frente do disco de acréscimo (algo não considerado nos modelos anteriores). Segundo Baptista, ninguém havia imaginado (ou propôs em artigo) que essa região poderia ser uma fonte de pulsação do sistema. Até porque ninguém tinha visto que ela é espessa, o que só foi revelado com o mapeamento agora feito.

Outra questão que intrigava os astrônomos é que o período da pulsação de 71 segundos tem mudado ao longo dos anos (às vezes é um pouco menor). As explicações propostas até então requeriam frear ou acelerar o giro da anã branca com uma rapidez incrível, demandando uma quantidade de energia acima da esperada para esse objeto celeste. Os resultados da tese de Roberto Saito permitem entender essas mudanças de período de forma muito mais simples, sem necessidade de quantidades absurdas de energia.

"Não é a anã branca que freia ou acelera. É uma simples questão de brilho relativo. Quando a transferência de matéria é maior, a borda do disco fica mais espessa, e a pulsação produzida ali domina o brilho do objeto. O período do pulso é mais longo. Quando a transferência de matéria é menor, o disco fica mais fino, a borda diminui e a pulsação gerada ali quase desaparece. O período do pulso fica mais curto", explica o professor Raymundo Baptista.

São as mudanças na transferência de matéria entre as estrelas que modulam a pulsação observada, esclarecem os mapas produzidos pela tese da UFSC. "E estas mudanças ocorrem porque a estrela que doa matéria é uma estrela magnética como o sol, que "respira" inchando e encolhendo (uma mísera parte em 10.000) mais ou menos uma vez por década (no caso do sol o ciclo é de 11 anos). As mudanças de período observadas em HD Herculis também ocorrem em escala de décadas. Cheque mate!", comemora o pesquisador.

Bibliografia:

Spin-Cycle Eclipse Mapping of the 71 s Oscillations in DQ Herculis: Reprocessing Sites and the True White Dwarf Spin Period
R. K. Saito, R. Baptista
The Astrophysical Journal
Vol.: 2009 ApJ 693 L16-L18
DOI: 10.1088/0004-637X/693/1/L16

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Aminoácidos em cometa reforçam teoria de vida extraterrestre

2010-04-17T08:27:00.000-07:00

"Nossa descoberta apoia a teoria que afirma que os ingredientes da vida formaram-se no espaço e foram trazidos por cometas e meteoritos que se chocaram com a Terra," resume Jamie Elsila, pesquisador da NASA. Essa teoria chama-se panspermia.

Moléculas da vida em cometa

Elsila e seus colegas comprovaram pela primeira vez a existência de um aminoácido, a glicina, nas amostras do cometa Wild-2, coletados pela sonda espacial StarDust.

A glicina é utilizada pelos seres vivos para formar as proteínas. As proteínas, por sua vez, são usadas em quase tudo, desde a estrutura dos cabelos até as enzimas, os catalisadores naturais que aceleram ou controlam as reações químicas.

Da mesma forma que as letras do alfabeto podem ser arranjadas para formar todas as palavras, 20 aminoácidos se combinam para formar milhões de tipos de proteínas. O que foi encontrado na poeira do cometa foi um desses aminoácidos.

Poeira valiosa

O trabalho não foi fácil. Basta lembrar que a sonda StarDust trouxe as amostras da poeira deixada pelo cometa em 2006. E somente agora os cientistas demonstraram com uma margem de erro mínima, que a glicina de fato veio do cometa.

O problema foi a pequena quantidade de glicina existente na lâmina de alumínio e noaerogel, o sólido mais leve que existe, e que foi exposto ao espaço para coletar as minúsculas partículas de poeira da cauda do cometa, que se introduziram em seus poros.

Esses pequenos grãos já demonstraram a importância de que amostras espaciais sejam coletadas e trazidas para a Terra - com base nelas, os cientistas descobriram que os cometas são mais parecidos com asteróides do que prediziam as teorias, propuseram alterações na teoria sobre a formação do Sistema Solar e já haviam encontrado razões suficientes para fundamentar a teoria de que vida teria se originado no espaço e chegado à Terra em cometas e asteroides. A identificação do aminoácido vem coroar todas essas descobertas anteriores.

Contaminação de vida

A glicina foi identificada logo no início dos estudos das partículas do cometa Wild-2, mas sua quantidade era tão pequena que os cientistas não foram capazes de descartar a hipótese de que ela poderia ter se originado de alguma contaminação aqui mesmo na Terra, onde há glicina por todos os lados.

"Nós de fato analisamos as folhas de alumínio que ficam nas laterais das câmaras que sustentam o aerogel," explica Elsila. "Conforme as moléculas de gás passavam através do aerogel, algumas delas grudavam no alumínio. Nós gastamos dois anos testando e desenvolvendo nosso equipamento para torná-lo sensível e preciso o suficiente para analisar essas amostras incrivelmente pequenas."

Para descartar a contaminação, os cientistas compararam a quantidade de dois isótopos de carbono, cuja proporção na glicina encontrada na Terra é bem conhecida. Uma glicina formada no espaço tende a ter mais isótopos de Carbono 13, que é mais pesado do que o Carbono 12.

Fundamentação para a panspermia

Foi isto o que os cientistas descobriram. "Nós descobrimos que a glicina que a StarDust trouxe tem uma assinatura extraterrestre em seus isótopos de carbono, indicando que ela veio do cometa," disse Elsila.

"A descoberta da glicina em um cometa dá suporte à ideia de que os blocos fundamentais da vida estão por todo o espaço, e reforça o argumento de que a vida no universo pode ser comum, e não rara como se pensava," disse o Dr. Carl Pilcher, diretor do Instituto de Astrobiologia da NASA.

Missão estendida

Depois de trazer a cápsula com a poeira de cometa para a Terra, a sonda StarDust continuou no espaço totalmente operacional. Por isto, a NASA decidiu estender sua vida útil, criando a missão StarDust NExT, que está levando a sonda espacial em direção ao cometa Tempel 1, o mesmo que foi alvo dos estudos da sonda Impacto Profundo.

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Lei da gravidade revisada pode dispensar matéria escura

2010-04-16T12:44:00.000-07:00

Uma equipe internacional de astrônomos descobriu uma conexão inesperada entre a misteriosa matéria escura e as estrelas visíveis e os gases que permeiam as galáxias.
O achado poderá revolucionar o nosso entendimento da força da gravidade.

Força desconhecida

Segundo o Dr. Hongsheng Zhao, um dos membros da equipe, parece haver uma força desconhecida agindo sobre a matéria escura.
Somente 4% do universo é composto dos elementos que conhecemos. Mas as estrelas e os gases nas galáxias movem-se tão rapidamente que os astrônomos especulam que a gravidade desses corpos celestes não seria suficiente para mantê-los agrupados.
Assim surgiu o conceito da matéria escura, um halo hipotético de um material desconhecido que seria responsável pela "gravidade faltante." Até o momento, contudo, não há qualquer evidência direta de sua real existência, e mesmo uma explicação mais sólida a seu respeito continua sendo procurada.

Gravidade modificada

Agora, o grupo de astrônomos propôs que as interações entre a matéria comum e a matéria escura podem ser mais significativas e mais complexas do que se acreditava.
Mais ainda, eles especulam que a matéria escura pode não existir e que os movimentos anômalos das estrelas nas galáxias poderiam dever-se a uma modificação na gravidade em escalas extragalácticas.
"A matéria escura parece 'saber' como a matéria visível é distribuída. Elas parecem conspirar uma contra a outra de tal forma que a matéria visível no raio característico desse halo escuro seja sempre a mesma," explica o Dr. Benoit Famaey, outro membro da equipe.
"Isto é extremamente surpreendente, uma vez que seria de se esperar que o equilíbrio entre a matéria escura e a matéria visível dependesse fortemente da história individual de cada galáxia," diz o pesquisador.

Quinta força

Segundo o Dr. Zhao, os dados revelam padrões absolutamente estranhos. "É como encontrar um zoológico com animais de todas as idades e tamanhos, mas com uma característica miraculosamente idêntica, digamos, a sua espinha dorsal ou alguma coisa do tipo."
A seguir, ele apresenta a ideia revolucionária. "É possível que uma quinta força, não-gravitacional, esteja controlando a matéria escura com uma 'mão invisível', deixando os mesmos rastros em todas as galáxias, independentemente de suas idades, formatos e tamanhos," diz o Dr. Zhao.
Uma força assim poderia resolver um mistério ainda maior, conhecido como energia escura - outro conceito teórico, sem evidências diretas, elaborado para explicar a aceleração da expansão do Universo.

Revisão da lei da gravidade

Uma solução mais radical seria uma revisão da lei da gravidade, desenvolvida por Isaac Newton em 1687 e refinada por Albert Einstein, em sua teoria da relatividade. Einstein nunca decidiu inteiramente se suas equações deveriam ou não adicionar uma constante onipresente, a constante cosmológica, agora chamada de energia escura.
"Se analisarmos nossas observações com uma lei da gravidade modificada, faz total sentido substituir a ação efetiva da matéria escura hipotética por uma força estreitamente relacionada com a distribuição da matéria visível," conclui Zhao.
Se aceita pela comunidade científica, tanto em termos conceituais e lógicos quanto em termos de checagem contra outros conjuntos de dados, esta pesquisa poderá alterar algumas das teorias científicas mais largamente aceitas sobre a história e a expansão do universo.

Bibliografia:Universality of galactic surface densities within one dark halo scale-length.Gianfranco Gentile, Benoit Famaey, HongSheng Zhao, Paolo SalucciNatureVol.: 461 (7264): 627DOI: 10.1038/nature08437

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A flecha quântica do tempo: Por que o tempo não anda para trás

2010-04-16T12:41:00.000-07:00

A seta do tempo e a entropia

As leis matemáticas da física funcionam tão bem para os eventos do passado quanto para os eventos do futuro. No entanto, nunca no mundo real a porção de café em uma xícara se desmisturou do leite.
Agora, uma nova teoria pretende oferecer uma nova explicação para este aparente conflito entre a simetria do tempo das leis físicas e a chamada "seta do tempo", sempre apontando para o futuro, que nós vemos nos eventos cotidianos.
Quando vistos em termos quânticos, os eventos que aumentam a entropia do Universo deixam registros de si mesmos em seu ambiente. Os pesquisadores propõem que eventos que dessem marcha a ré no tempo, indo para o passado, reduziriam a entropia, não podendo deixar qualquer vestígio de terem ocorrido, o que equivale a não terem de fato ocorrido.
Termodinamicamente falando, sempre que dois corpos de temperaturas desiguais são postos juntos, a energia flui entre eles até igualar as duas temperaturas. Associado com essa difusão de calor está um aumento na quantidade conhecida por entropia. Tanto quanto saibamos, o calor nunca flui espontaneamente no sentido inverso, e a entropia do Universo está sempre aumentando.
Reverter a flecha do tempo seria equivalente a diminuir a entropia, por exemplo, se um objeto a uma temperatura uniforme espontaneamente se aquecesse em um ponto e se resfriasse em outros.

O demônio de Maxwell

Em um experimento mental do século 19, um poderoso diabinho chamado demônio de Maxwell foi capaz de realizar uma separação assim para um gás ao conhecer a posição e a velocidade de cada molécula do gás no interior de uma caixa com uma partição.
Usando um obturador em um buraco na partição, o demônio retém as moléculas de alta energia em um lado e permite que as moléculas de baixa energia se juntem do outro lado.
Acontece que o demônio teria de gastar energia e aumentar a sua própria entropia, de modo que a entropia total do Universo continuaria subindo.
Do fluxo de calor para o fluxo de informação
No mundo quântico, o demônio redutor de entropia teria uma tarefa diferente porque, na versão da mecânica quântica da entropia, não é o calor que flui quando a entropia muda, é a informação.
Lorenzo Maccone, da Universidade de Pavia, na Itália, agora descreveu uma outra experiência mental para ilustrar as consequências da redução da entropia quântica.
Uma pesquisadora, Alice, mede o estado do spin de um átomo enviado por seu amigo Bob, que está, em tudo o mais, totalmente isolado do laboratório de Alice. O átomo está em um estado combinado (superposição) de spin para cima e spin para baixo simultaneamente, até que Alice o meça, quando então ele se mostrará para cima ou para baixo.
Do ponto de vista de Alice, seu laboratório ganha um único bit de informação do exterior, que é então copiado e gravado em sua memória e no disco rígido do seu computador. Esta informação que flui do átomo para o laboratório aumenta a entropia, do ponto de vista de Alice.
Maccone argumenta que, como Bob não vê o resultado, do seu ponto de vista o estado do spin do átomo nunca se resolve em para cima ou para baixo. Em vez disso, ele torna-se quantum-mecanicamente correlacionado, ou entrelaçado, com o estado quântico do laboratório. Ele não vê nenhum fluxo de informação e nenhuma mudança na entropia.

Apagando o passado

Bob desempenha o papel do demônio de Maxwell. Ele tem o controle total do estado quântico do seu laboratório. Para reduzir a entropia do laboratório, do ponto de vista de Alice, Bob inverte o fluxo daquele bit de informação removendo qualquer registro do spin do átomo do disco rígido de Alice e do seu cérebro.
Ele faz isso por meio de uma complicada transformação que desentrelaça o estado quântico do laboratório do estado quântico do átomo. Maccone escreve em seu artigo que tal reversão não viola as leis da física quântica.
Na verdade, da perspectiva de Bob, a informação quântica do átomo mais o laboratório de Alice é a mesma quer os dois estejam entrelaçados ou não - não há mudança na entropia como quando se olha de fora.

Irreversibilidade do tempo

Essa reversão poderia acontecer na vida real, afirma Maccone, mas porque o Universo - como Alice - não manteria nenhuma lembrança deles, eles não teriam nenhum efeito sobre como nós percebemos o mundo.
O artigo passa a mostrar matematicamente como este raciocínio se aplica de forma geral, com o Universo tomando o lugar de Alice.
Jos Uffink, da Universidade de Utrecht, na Holanda, aceita alguns aspectos do trabalho mas não está totalmente convencido. "O observador pode muito bem reter uma memória parcial do evento," depois do processo de redução da entropia, diz ele. Mesmo assim, ele chama a abordagem do artigo de "completamente nova" e as suas conclusões de "surpreendentes".
Uffink afirma que continua a haver um vigoroso debate sobre a relação entre a informação como uma quantidade física objetiva e a "irreversibilidade" aparente de tantos eventos no mundo ao nosso redor.

Bibliografia:Quantum Solution to the Arrow-of-Time DilemmaLorenzo MacconePhysical Review Letters
Vol.: 103, 080401 (2009)DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.080401

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Exoplanetas que orbitam na contramão atropelam teorias

2010-04-16T12:32:00.000-07:00

Planetas que giram ao contrário

O anúncio feito hoje, da descoberta de nove novos exoplanetas, não deveria chamar muito a atenção - afinal, os planetas fora do Sistema Solar conhecidos até agora passaram a somar nada menos do que 452.
Contudo, ao cruzar os dados com observações anteriores de exoplanetas em trânsito, os astrônomos surpreenderam-se com o fato de que seis deles orbitam na direção oposta à da rotação da sua estrela hospedeira - precisamente o contrário do que se passa no nosso Sistema Solar.
Estas novas descobertas virtualmente jogam por terra as atuais teorias da formação dos planetas.
"Esta é uma verdadeira bomba que estamos lançando sobre o campo dos exoplanetas," diz Amaury Triaud, do Observatório de Genebra que, juntamente com Andrew Cameron e Didier Queloz, lidera a maior parte da campanha de observações que permitiu estas descobertas.

Teoria da formação dos planetas

A teoria atual de formação dos planetas propõe que os planetas nascem de um disco de gás e poeira que circunda uma estrela jovem.
Como esse disco protoplanetário gira na mesma direção da estrela, a teoria resultava em que os planetas formados a partir desse disco orbitariam, mais ou menos, no mesmo plano e se moveriam ao longo das suas órbitas na mesma direção que a rotação da estrela.
Esta é cara do nosso Sistema Solar. Como somente há poucos anos os cientistas começaram a descobrir planetas orbitando outras estrelas, não é de estranhar que a teoria que tentava explicar a formação de todos os planetas resulte em sistemas planetários exatamente iguais ao nosso - o único observado até então.

Planetas fora do eixo e na contramão

Depois da detecção inicial dos nove novos exoplanetas, com o instrumento WASP (Wide Angle Search for Planets), a equipe de astrônomos utilizou diversos outros aparelhos para confirmar as descobertas e caracterizar os exoplanetas em trânsito encontrados tanto neste novo rastreamento como nos anteriores.
Surpreendentemente, quando a equipe combinou os novos dados com as observações mais antigas, descobriu que mais de metade de todos os exoplanetas do tipo Júpiter quente estudados tem órbitas desalinhadas com o eixo de rotação das suas estrelas hospedeiras.
A equipe descobriu ainda que seis exoplanetas desta extensa amostragem (dos quais dois são descobertas novas) têm movimentos retrógrados: eles orbitam a sua estrela na direção "errada", ou na contramão.
"Estes novos resultados desafiam claramente o conhecimento convencional de que os planetas devem sempre orbitar na mesma direção da rotação das suas estrelas," afirma Andrew Cameron, da Universidade de St Andrews, na Inglaterra. Foi ele quem apresentou estes novos resultados no Encontro Nacional de Astronomia do Reino Unido, que está acontecendo esta semana em Glasgow.

Consertando a teoria da formação planetária

A origem dos exoplanetas do tipo Júpiter quente é um enigma desde a descoberta do primeiro deles, há cerca de 15 anos. São planetas com massa similares ou maiores do que a de Júpiter, mas que giram em alta velocidade em órbitas muito próximas da sua estrela.
Os astrônomos acreditam que os núcleos dos planetas gigantes se formam de uma mistura de partículas de rocha e gelo, material que se encontra apenas nas regiões mais frias e afastadas do sistema planetário.
Desde modo, estes exoplanetas deveriam formar-se longe da sua estrela - novamente, uma influência clara sobre a teoria do material observacional até agora disponível, ou seja, o nosso próprio Sistema Solar.
Para dar conta dos novos dados, a partir da descoberta desses exoplanetas gigantes gasosos, os astrônomos teorizaram que eles se formariam como sua teoria estabelecia e, só depois, migrariam para órbitas mais interiores, muito mais próximas da estrela hospedeira.
Eles afirmam que este fenômeno poderia ser explicado por interações gravitacionais com o disco de poeira a partir do qual os planetas se formam, em um cenário a se desenrolar ao longo de alguns milhões de anos, resultando numa órbita alinhada com o eixo de rotação da estrela hospedeira. Este cenário permitiria igualmente a formação subsequente de planetas rochosos do tipo da Terra.
Infelizmente, esta hipótese não explica as novas observações.

Consertando a teoria - Tentativa 2

Para explicar os novos exoplanetas retrógrados agora descobertos, uma teoria de migração alternativa sugere que a proximidade desse tipo de exoplaneta em relação às suas estrelas não se deve a interações com o disco de poeira, mas sim a um processo de evolução mais lento que envolve uma "luta" gravitacional com companheiros planetários ou estelares mais distantes, durante centenas de milhões de anos.
Depois que essas perturbações gravitacionais levam um exoplaneta gigante a uma órbita inclinada e alongada, este sofrerá fricções de maré, perdendo energia cada vez que a sua órbita o aproxima da estrela. Deste modo, ele ficará eventualmente "estacionado" numa órbita quase circular, mas inclinada de maneira aleatória, próximo da estrela hospedeira.
"Um efeito secundário dramático deste processo seria o de que qualquer pequeno planeta do tipo da Terra seria varrido destes sistemas," diz Didier Queloz do Observatório de Genebra. É isto que fez com que os astrônomos afirmarem que, provavelmente, estrelas que possuem gigantes gasosos em suas proximidades não teriam planetas rochosos como a Terra.
Dois dos novos exoplanetas retrógrados descobertos possuem companheiros de grande massa, mais distantes, que poderiam ser as potenciais causas do efeito agora teorizado.

Como se formam os planetas

Se é muito cedo para afirmar que a nova hipótese se estabelecerá como uma nova teoria de formação planetária, uma coisa pelo menos é certa: os astrônomos vão se dedicar ainda com mais afinco na busca de novos exoplanetas, de forma a terem uma amostra observacional que os permita novamente criar uma explicação para a pergunta que não vai parar de ser feita: como se formam os planetas?
Esta teoria alternativa de "luta gravitacional", embora não seja exaustiva e não elimine novas propostas, deverá suprir a lacuna - pelo menos até que se descubra um sistema planetário que tenha tanto um gigante gasoso quanto um planeta rochoso menor.

Observatórios robóticos

Os nove novos exoplanetas foram descobertos pelo instrumento WASP (Wide Angle Search for Planets).
O WASP tem dois observatórios robóticos, cada um com oito câmaras de grande ângulo que monitoram o céu continuamente à procura de eventos de trânsito planetário.
Um trânsito planetário ocorre quando um planeta passa à frente da sua estrela hospedeira - em relação à Terra - bloqueando temporariamente parte da radiação emitida pela estrela e que chega até nós.
As oito câmaras de grande ângulo conseguem monitorar milhões de estrelas simultaneamente, tentando detectar esses raros acontecimentos de trânsito.

Planeta em trânsito

Para confirmar a descoberta e caracterizar um novo planeta em trânsito, é necessário fazer um estudo de velocidade radial para detectar as oscilações da estrela hospedeira em torno do centro de massa comum (estrela + planeta).
Isso é feito com uma rede internacional de telescópios equipados com espectrômetros muito sensíveis. No hemisfério Norte o Nordic Optical Telescope, instalado nas ilhas Canárias, e o instrumento SOPHIE, montado no telescópio de 1,93 metro do Observatório de Haute Provence, na França lideram a busca.
No hemisfério Sul, o HARPS, montado no telescópio de 3,6 metros do ESO, e o espectrômetro CORALIE, montado no telescópio suíço EULER, ambos em La Silla, no Chile, foram utilizados para confirmar a descoberta dos novos planetas e medir o ângulo que a órbita de cada planeta faz com o equador da respectiva estrela.
Os telescópios robóticos Faulkes, situados no Havaí e Austrália, forneceram medições de brilho para a determinação do tamanho dos planetas.

Planetas gigantes gasosos

Exoplanetas do tipo Júpiter quente, também chamados gigantes gasosos, são planetas com massas similares ou maiores do que a de Júpiter, que orbitam as suas estrelas hospedeiras em órbitas muito mais próximas da estrela do que qualquer planeta do nosso Sistema Solar se encontra do Sol.
Como são grandes e estão próximos da estrela hospedeira, eles são mais fáceis de detectar através do seu efeito gravitacional sobre a estrela e, ao mesmo tempo, têm maior probabilidade de passar à frente da estrela.
A maior parte dos primeiros exoplanetas descobertos pertence a esta classe de objetos. Apenas no início de 2010 foi anunciada a descoberta do primeiro exoplaneta temperado, com temperaturas mais baixas, e que foi brindado pelos astrônomos como uma verdadeira Pedra de Roseta planetária.

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Descoberto novo modo de produzir eletricidade

2010-04-16T12:23:00.000-07:00

Ondas de energia
Um grupo de pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), nos Estados Unidos, descobriu um fenômeno inédito que faz com que ondas de energia sejam criadas ao longo de nanotubos de carbono.
Segundo os pesquisadores, o fenômeno até agora desconhecido poderá levar a uma nova forma de produzir eletricidade.

O fenômeno, descrito como "ondas termoelétricas", "abre uma nova área de pesquisa na área de energia, o que é raro," afirmou Michael Strano, um dos autores do estudo que foi publicado neste domingo (7/3) na revista Nature Materials.
Da mesma foram que um monte de detritos é atirado pelas ondas em uma praia depois de terem viajado pelo oceano, a onda térmica - um pulso de calor em movimento - viajando ao longo do fio microscópico de carbono pode arrastar elétrons em seu caminho, criando uma corrente elétrica.
O ingrediente principal dessa nova receita de energia é o nanotubo de carbono, uma estrutura com dimensões na faixa dos bilionésimos de metro, na qual os átomos de carbono estão dispostos como se fossem uma tela de arame enrolada. Os nanotubos de carbono fazem parte de uma família muito promissora de novas materiais, que inclui ainda os buckyballs e o grafeno.

Princípio de funcionamento

No estudo, cada um dos nanotubos de carbono, que são bons condutores tanto de eletricidade quanto de calor, foram recobertos com uma camada de um combustível altamente reativo e que gera um forte calor à medida que se decompõe.
O combustível é então inflamado em um dos lados dos nanotubos, o que pode ser feito por um feixe de laser ou por uma faísca elétrica, resultando em uma onda térmica que se desloca velozmente ao longo do nanotubo de carbono.
O calor do combustível é transferido para o nanotubo, onde ele passa a se deslocar milhares de vezes mais rapidamente do que a própria queima do combustível. À medida que o calor, que caminha mais rápido do que a chama, realimenta a camada de combustível, cria-se uma onda térmica que caminha ao longo do nanotubo.
Com uma temperatura de mais de 2.700º C (3.000 K), o anel de calor se espalha ao longo do nanotubo a uma velocidade 10 mil vezes maior do que o espalhamento normal da reação química de queima do combustível. O calor produzido pela combustão também desloca elétrons pelo nanotubo, criando uma corrente elétrica significativa.

Ondas de combustão

Ondas de combustão - neste caso o pulso de calor viajando através do fio de carbono - "têm sido estudadas matematicamente há mais de 100 anos," afirma Strano, mas esta é a primeira vez que se observa seu efeito em um nanotubo, verificando que a onda de calor pode movimentar elétrons em intensidade suficiente para produzir eletricidade em quantidade apreciável.
A intensidade do pico de tensão criado inicialmente ao longo dos nanotubos imediatamente surpreendeu os pesquisadores. Depois de refinarem as condições do experimento, o sistema gerou uma energia que, proporcionalmente ao seu peso, é cerca de 100 vezes maior do que um peso equivalente de uma bateria de íons de lítio, as mais avançadas atualmente disponíveis.

Arrastamento eletrônico

A quantidade de energia liberada é muito maior do que a prevista pelos cálculos termoelétricos. Embora muitos materiais semicondutores possam produzir um potencial elétrico quando aquecidos, por meio do chamado efeito Seebeck, este efeito é muito fraco no carbono. "Nós chamamos [o fenômeno] de arrastamento eletrônico, uma vez que parte da corrente parece estar em escala com a velocidade da onda," diz Strano.
A onda térmica parece capturar e arrastar os transportadores de carga elétrica - ou elétrons ou lacunas de elétrons - da mesma forma que uma onda do mar pode capturar um monte de detritos ao longo da superfície e arrastá-lo. E, no caso do experimento gerador de eletricidade, a intensidade de portadores de carga "capturados" parece depender da velocidade da onda.
A teoria prevê que alguns tipos de combustível - o material reagente usado para revestir o nanotubo - poderão produzir ondas que oscilam. Desta forma, seria possível gerar corrente alternada, a mesma que abastece as residências e que é a base das ondas de rádio usadas em todos os dispositivos sem fios, como telefones celulares, aparelhos de GPS e inúmeros outros. Hoje, embora necessitem de corrente alternada, esses dispositivos utilizam baterias que geram corrente contínua, que deve ser convertida antes do uso. Este é o próximo experimento que os cientistas planejam fazer.

Aplicações

Os pesquisadores afirmam que, por ser muito recente, é difícil prever as aplicações possíveis da nova forma de geração de energia. Mas Strano se arrisca a falar na alimentação de minúsculos sensores ambientais, que poderiam ser espalhados pelo meio ambiente como se fossem poeira no ar, alimentados pela minúscula bateria de nanotubo de carbono.
Ou dispositivos médicos, nos quais o calor e a luz gerados poderiam ter interesse para o monitoramento de cápsulas do tamanho de grãos de arroz no interior do corpo humano, assim como para o aquecimento de determinadas áreas a serem tratadas.
De qualquer forma, é mesmo muito cedo para se falar em substituição de baterias. Ainda que eventuais baterias que funcionem sob o novo princípio possam armazenar sua energia indefinidamente, o sistema ainda é bastante ineficiente - a maior parte da energia é dissipada na forma de calor e luz - e pouco prático - baterias que se inflamam terão sérios problemas de segurança e conforto.
Um potencial de melhoria do sistema estaria na utilização de nanotubos distanciados uns dos outros, permitindo uma forma de controle da queima. Isso também aumentaria a eficiência do gerador, uma vez que os experimentos demonstraram que nanotubos individuais são mais eficientes na geração de energia do que nanotubos aglomerados em grandes amostras.

Bibliografia:Chemically driven carbon-nanotube-guided thermopower wavesWonjoon Choi, Seunghyun Hong, Joel T. Abrahamson, Jae-Hee Han, Changsik Song, Nitish Nair, Seunghyun Baik, Michael S. StranoNature Materials7 March 2010Vol.: Published onlineDOI: 10.1038/nmat2714

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Fluxo Escuro é rastreado nas profundezas do Universo

2010-04-16T12:11:00.000-07:00

Se você ainda não se acostumou com conceitos como matéria escura e energia escura, prepare-se para assimilar mais um termo na lista dos inexplicáveis mistérios do universo: Fluxo Escuro.

O que é Fluxo Escuro

A ideia ainda é controversa, mas tente imaginá-la da seguinte forma: depois do Big Bang, o Universo está se expandindo continuamente - e há evidências de que esta expansão esteja se acelerando.
Contando o tempo desde a ocorrência do Big Bang, é fácil imaginar que há uma espécie de "fronteira" no nosso Universo, que é até onde os efeitos do Big Bang atuaram.
Os cientistas calculam que esta fronteira esteja a aproximadamente 45 bilhões de anos-luz de distância - o tempo decorrido desde o Big Bang mais a aceleração da expansão do Universo.
Agora imagine que haja uma espécie de "buraco" nessa fronteira, por onde uma parte do nosso Universo pode estar literalmente "vazando" para outro universo. O Fluxo Escuro é a parte da matéria - e eventualmente da energia - do nosso Universo que estaria vazando por este ralo cósmico.
É por isto que os proponentes da ideia acreditam que o Fluxo Escuro pode ser a prova da existência de outro universo.

Ralo cósmico

O ralo cósmico para onde o Fluxo Escuro está fluindo fica em um ponto do céu entre as constelações de Sagitário e Hidra. Lá, os aglomerados de galáxias estão se movendo a velocidades extremamente altas em comparação com aglomerados de galáxias localizados em outras parte do céu - algo que, acrescente-se, é totalmente incompatível com todas as teorias cosmológicas atuais.
Agora, Alexander Kashlinsky, um astrofísico da NASA, que foi quem primeiro observou o Fluxo Escuro, acaba de medi-lo a uma distância duas vezes maior do que havia sido possível até agora. E não vê motivos para descartar suas teorias.
"Isto não é algo que tenhamos nos proposto a encontrar, mas não conseguimos descartá-lo," disse Kashlinsky. "Agora, vemos que ele persiste a distâncias muito maiores - tão longe quanto 2,5 bilhões de anos-luz de distância."

Horizonte do Universo

O Fluxo Escuro é controverso porque a distribuição de matéria no Universo observável não consegue explicá-lo. Sua existência sugere que alguma estrutura além do Universo visível - fora do nosso "horizonte cósmico" - está puxando essa matéria.
Os aglomerados de galáxias parecem estar se movendo ao longo de uma linha que se estende do Sistema Solar em direção a Sagitário/Hidra, mas ainda não há precisão suficiente na medição dessa direção.
Os dados atuais indicam que os aglomerados estão se dirigindo na direção desse ponto, afastando-se da Terra, mas a equipe ainda não pode excluir a possibilidade de que o movimento tenha a direção oposta.
"Nós detectamos o movimento ao longo deste eixo, mas hoje os nossos dados não podem afirmar tão fortemente como gostaríamos se os agrupamentos estão indo ou vindo", disse Kashlinsky.

Desvendando o Fluxo Escuro

Kashlinsky e seus colegas estão agora trabalhando para expandir seu catálogo de aglomerados de galáxias a fim de mensurar o Fluxo Escuro a uma distância duas vezes maior do que a atual.
O trabalho é longo e extenuante porque pode levar anos apenas para localizar os aglomerados galácticos na região onde as medições devem ser feitas. Uma vez localizados, uma hora de telescópio é suficiente para medir a distância de cada aglomerado, mas observações subsequentes são necessárias para detectar seu movimento e sua velocidade.
O aprimoramento da modelagem do comportamento dos gases quentes no interior dos aglomerados de galáxias irá ajudar a refinar a velocidade, o eixo e a direção do movimento do

Fluxo Escuro.
Mais para o futuro, os planos incluem testar os resultados em relação aos dados mais recentes captados pela sonda WMAP e pelo telescópio espacial Planck, que também está mapeando a radiação cósmica de fundo.

Bibliografia:A new measurement of the bulk flow of x-ray luminous clusters of galaxiesA. Kashlinsky, F. Atrio-Barandela, H. Ebeling, A. Edge, D. KocevskiThe Astrophysical Journal LettersMarch 2010Vol.: 691, Number 2DOI: 10.1088/2041-8205/712/1/L81

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O que existia antes do Big Bang?

2010-04-16T12:07:00.000-07:00

"Já não é mais completamente maluco perguntar o que aconteceu antes do Big Bang." A afirmação é de Marc Kamionkowski, coordenador de um grupo de astrofísicos de uma das principais universidades dos Estados Unidos, a Caltech.

O que existia antes do Big Bang?

Até agora acreditava-se que a violenta expansão que deu origem ao nosso universo foi forte o suficiente para eliminar qualquer traço do que existia antes. Mas uma nova interpretação de registros dos primeiros instantes após o Big Bang pode lançar alguma luz sobre o que existia antes e o que fez com que espaço e tempo inflassem, aumentando continuamente as distâncias físicas entre quaisquer pontos participantes desse movimento inflacionário.
A nova teoria procura explicar as "anomalias" verificadas nos dados, que mostram variações no que deveria ser uma distribuição perfeitamente uniforme da radiação e da matéria no Universo.

Inflação cósmica

A teoria atual baseia-se em um fenômeno chamado inflação cósmica, que propõe que o espaço expandiu-se exponencialmente no instante seguinte ao Big Bang. O problema é que isso resultaria em um universo perfeitamente uniforme. E todas as observações indicam que há variações gigantescas entre as diversas regiões do Universo.

Radiação cósmica de fundo

Além disso, os cientistas detectaram uma anomalia nos dados da Radiação Cósmica de Fundo (CMB, na sigla em inglês), uma radiação na faixa das microondas que inundou o Universo 400.000 anos depois do Big Bang.
A CMB é uma espécie de brilho do Big Bang, que decaiu para microondas à medida que o Universo se expandia ao longo dos 13,7 bilhões de anos que se seguiram desde o seu surgimento. Se nossos olhos conseguissem enxergar essa faixa das radiofreqüências, nós veríamos um céu inteiramente brilhante.

Anomalia com certificado

Dados da sonda espacial WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), da NASA, mostram que a amplitude nas flutuações da CMB, que seria consistente com o modelo da inflação espacial, na verdade não é a mesma em todas as direções.
"É uma anomalia adequadamente certificada," explica Kamionkowski. "Mas como a inflação cósmica parece lidar bem com tudo o mais, parece prematuro descartar a teoria." Com isso, os pesquisadores inseriram a assimetria verificada nos dados no cerne da própria teoria da inflação cósmica.

Inflaton e curvaton

Até agora haviam sido propostos dois novos tipos de campos de energia como sendo os motores da inflação do Universo. O primeiro, chamado de inflaton, não passou nos testes da nova teoria. Mas a coisa funcionou com o segundo campo, chamado curvaton, que havia sido proposto anteriormente para explicar as flutuações observadas na CMB.
Variações no campo curvaton afetam apenas como a temperatura varia de um lugar para outro no Universo, mas mantém seu valor médio, mantendo a consistência do modelo da inflação cósmica. O novo modelo prevê que há uma maior quantidade de pontos frios do que de pontos quentes no CMB.
A nova teoria poderá ser testada já em 2009, utilizando a sonda espacial Planck, uma missão internacional coordenada pela Agência Espacial Européia, que deverá ser lançada em Abril do próximo ano.

Levantando o véu do Big Bang

A "perturbação" que os físicos introduziram no valor do curvaton ofereceu um ganho adicional: ela oferece o primeiro vislumbre sobre o que existia antes do Big Bang.
Isso porque a perturbação pode ser a resultante de um efeito herdado da época antes do início da inflação cósmica.
"Em termos observacionais, tudo isto está escondido por um véu," afirma Kamionkowski. "Se nosso modelo se sustentar, nós teremos a primeira chance de olhar além desse véu."

Bibliografia:A hemispherical power asymmetry from inflationAdrienne L. Erickcek, Marc Kamionkowski, Sean M. CarrollPhysical Review DDecember 2008Vol.: 78, 123520DOI: 10.1103/PhysRevD.78.123520

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Velocidade de dobra pode ser possível, dizem físicos

2010-04-16T12:04:00.000-07:00

A velocidade de dobra é bem conhecida dos fãs de Jornada nas Estrelas, permitindo que a Enterprise viaje pela galáxia com velocidades superiores à velocidade da luz. Mas será que a velocidade de dobra é apenas um sonho ou é aquela espécie de projeto que está apenas aguardando a hora de se realizar?
Dois físicos da Universidade de Baylor, no Reino Unido, acreditam ter encontrado uma forma de trazer as viagens na velocidade da luz da ficção científica para a ciência, e de uma forma que não entra em contradição com as leis da física.

Bolha no espaço-tempo

Os Drs. Gerald Cleaver e Richard Obousy teorizam que, manipulando as dimensões do espaço-tempo ao redor de uma espaçonave, utilizando uma quantidade gigantesca de energia, seria possível criar uma "bolha" que poderia empurrar a nave mais rapidamente do que a velocidade da luz.
Para criar essa bolha, os físicos argumentam que seria necessário manipular a 11ª dimensão para criar energia escura. Cleaver afirma que a energia escura positiva é responsável por acelerar o universo, exatamente como aconteceu logo depois do Big Bang, quando o universo se expandiu mais rapidamente do que a velocidade da luz.
"Pense nisto como se fosse um surfista pegando uma onda," afirma o físico. "A nave seria empurrada pela bolha e a bolha estaria viajando mais rápido do que a velocidade da luz."

Motor de dobra

O método é baseado do motor de Alcubierre, que propõe a expansão do tecido do espaço atrás de uma espaçonave para formar uma bolha, e o encolhimento do espaço-tempo na frente na espaçonave.
A nave não se moveria de fato, ela se colocaria entre as dimensões de expansão e de encolhimento do universo. Como seria o espaço que se moveria ao redor da nave, a teoria não viola a Teoria da Relatividade de Einstein, que estabelece que seria necessário uma quantidade infinita de energia para acelerar um objeto mais rápido do que a velocidade da luz.

Teoria das cordas

A teoria das cordas sugere que o universo é feito de múltiplas dimensões. Altura, largura e comprimento são três dimensões, e o tempo é a quarta dimensão. Os cientistas que defendem a teoria das cordas acreditam que há um total de 10 dimensões, com seis outras que nós ainda não conseguimos identificar.
Uma nova teoria, chamada Teoria M, leva a teoria das cordas um passo adiante e estabelece que as cordas de fato vibram em um espaço de 11 dimensões. É esta 11ª dimensão que os dois físicos acreditam poder ajudar a impulsionar uma nave mais rápido do que a velocidade da luz.

Um Júpiter de energia

Os dois pesquisadores estimam que a quantidade de energia necessária para influenciar as dimensões adicionais é equivalente à massa inteira de Júpiter sendo convertida em energia.
"O que é uma quantidade enorme de energia," diz Cleaver. "Nós estamos ainda muito distantes de poder criar algo que controle tal magnitude de energia."
O artigo defendendo a teoria foi publicado no periódico científico Journal of the British Interplanetary Society.

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Descoberta força repulsiva da luz

2010-04-16T12:00:00.000-07:00

Força repulsiva da luz

Cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, descobriram um tipo de força repulsiva da luz que pode ser utilizada para controlar componentes construídos em chips de silício, o que significa que futuros nanodispositivos poderão ser controlados pela luz, e não mais pela eletricidade.
A equipe havia previamente descoberto a força atrativa da luz e demonstrado como ela pode ser manipulada para movimentar componentes em micro e em nano-máquinas construídas em pastilhas de silício, usando a mesma tecnologia que os microprocessadores - veja A força dos fótons está conosco: luz consegue acionar nanomáquinas.
O mesmo grupo de cientistas agora descobriu a força repulsiva complementar àquela primeira. Pesquisadores teorizavam a existência das duas forças desde 2005, mas a segunda delas permanecia até agora sem comprovação.
"Isto completa o quadro, diz Hong Tang, coordenador da equipe. "Nós demonstramos que de fato há uma força bipolar da luz com um componente atrativo e com outro componente repulsivo.

Força na diagonal

As forças atrativa e repulsiva descobertas pela equipe do Dr. Tang são distintas da força criada pela pressão da radiação da luz, que exerce uma pressão sobre um objeto quando a luz incide sobre ele. Em vez disso, as forças agora demonstradas puxam ou empurram o objeto na diagonal da direção na qual a luz viaja.
No experimento anterior, os pesquisadores usaram a força atrativa que descobriram para mover componentes em um chip de silício em uma direção, como puxar uma nanochave para abri-la, mas foram incapazes de empurrá-la na direção oposta para que ela se fechasse.
Ao conseguir usar as duas forças, agora eles têm controle completo e podem manipular os componentes nas duas direções. Esses dispositivos mecânicos ultraminiaturizados são conhecidos como MEMS (MicroElectroMechanical Systems) e NEMS (NanoElectroMechanical Systems), dependendo se suas partes são construídas com precisão na faixa dos micrômetros ou dos nanômetros.

Feixes de luz fora de fase

Para criar a força repulsiva em um chip de silício, a equipe dividiu um feixe de luz infravermelha em dois feixes separados e forçou cada um deles a viajar por uma distância diferente ao longo de um nanofio de silício especial, chamado guia de ondas.
Como resultado, os dois feixes de luz saíram de fase um em relação ao outro, criando uma força repulsiva com uma intensidade que pode ser controlada - quanto mais fora de fase estiverem os dois feixes, mais forte será a força.
"Nós podemos controlar como os feixes de luz interagem," afirmou Mo Li, que é o principal autor do artigo que descreve a descoberta. "Isto não é possível no espaço livre - somente é possível quando a luz está confinada nas guias de onda nanoscópicas que estão colocadas muito próximas entre si no interior do chip."

Aplicações em telecomunicações

"A força da luz é intrigante porque ela funciona de forma contrária à dos objetos carregados," diz Wolfram Pernice, outro membro da equipe. "Cargas opostas atraem-se mutuamente, enquanto os feixes de luz fora de fase repelem-se."
Essas forças da luz poderão um dia controlar dispositivos de telecomunicações que exigirão muito menos potência, mas trabalharão muito mais rapidamente do que seus equivalentes atuais, explicou o professor Tang.
Um benefício adicional de usar a luz em vez da eletricidade é que ela pode ser roteada ao longo de um circuito sem praticamente nenhuma interferência no sinal, além de eliminar a necessidade da construção de um grande número de fios elétricos no interior dos chips.

Bibliografia:Tunable bipolar optical interactions between guided lightwavesMo Li, W. H. P. Pernice, H. X. TangNature Photonics13 July 2009Vol.: Published online before printDOI: doi:10.1038/nphoton.2009.116

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A Terra é redonda. Mas o Universo é plano?

2010-04-16T11:56:00.000-07:00

Por séculos, os antigos acreditaram que a Terra era plana. As evidências em contrário eram ou ignoradas ou facilmente integradas na visão dominante do mundo.
Hoje nós chamamos os defensores da Terra plana de ignorantes, mas estamos prestes a cometer um erro quase idêntico - não com relação ao nosso planeta, mas em relação ao universo inteiro.

Universo plano

Quando se trata do universo, "plano" refere-se ao fato de que os feixes de luz viajam longas distâncias paralelos uns aos outros. Se o universo for "plano", os feixes permanecerão sempre paralelos. Entretanto, matéria, energia e energia escura, todos produzem curvaturas no espaço-tempo. Se o espaço-tempo do universo é positivamente curvado, como a superfície de uma esfera, os feixes paralelos deverão se juntar. Se for negativamente curvado, em um universo em forma de sela, os feixes paralelos deverão divergir.
Graças em parte à sonda espacial WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe), que revelou a densidade da matéria e da energia nos estágios iniciais do universo, a maioria dos astrônomos está confiante em que o universo é plano.

Interpretação incorreta dos dados

Mas esta visão está sendo agora questionada por Joseph Silk e seus colegas da Universidade de Oxford, que afirmam que é possível que as observações da WMAP tenham sido interpretadas de forma incorreta.
Em um artigo publicado no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, eles pegaram dados da WMAP e de outros experimentos cosmológicos e os analisaram usando o teorema de Bayes, que pode ser usado para mostrar como a certeza associada a uma determinada conclusão é afetada por diferentes pressupostos iniciais.
Usando os pressupostos da moderna astronomia, que pressupõe um universo plano, eles calcularam a probabilidade de que o universo esteja em um de três estados: plano, positivamente curvado e negativamente curvado. Isto produziu uma probabilidade de 98% de que o universo seja de fato plano.
Quando eles rodaram novamente os cálculos usando uma postura mais mente-aberta, entretanto, a probabilidade mudou para 67%, tornando o universo plano uma certeza muito menos convincente do que os astrônomos concluem.

Preconceitos

"É uma hipótese plausível que o universo não seja inteiramente plano," diz Silk, acrescentando que os cálculos revelam o quanto os preconceitos dos astrônomos podem afetar suas conclusões.
David Spergel, da Universidade de Princeton, e porta-voz da equipe da WMAP, concorda. "Eles desenvolveram uma forma estatisticamente rigorosa de examinar a questão," disse ele.
Silk afirma que os astrônomos precisam alcançar um nível de segurança de 99,9999% com relação ao universo plano, o que seria alto o suficiente para resultar convincente quaisquer que fossem as hipóteses iniciais. É possível, entretanto, que nenhuma medição seja capaz de atingir esse nível de precisão.

Bibliografia:How flat can you get? A model comparison perspective on the curvature of the UniverseMihran Vardanyan, Roberto Trotta, Joseph SilkMonthly Notices of the Royal Astronomical SocietyJuly 2009Vol.: 397 Issue 1DOI: 10.1111/j.1365-2966.2009.14938.xwww.arxiv.org/abs/0901.3354

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Físicos criam dispositivo capaz de armazenar a luz

2010-04-16T11:54:00.000-07:00

Pesquisadores da Universidade de Mainz, na Alemanha, realizaram um sonho longamente perseguido por físicos de todo o mundo: eles construíram uma armadilha de luz, um dispositivo que permite que a luz seja armazenada por longos períodos de tempo.
O dispositivo é inacreditavelmente simples e feito a partir de uma única fibra óptica, o que abre caminho para seu uso em um sem-número de aplicações, de dispositivos quânticos inovadores até as telecomunicações e os equipamentos eletrônicos portáteis.

Interface quântica entre luz e matéria

"Nós queremos usar esse microrressonador multifuncional para acoplar minúsculos campos de luz, consistindo de fótons individuais, com átomos individuais," explica o professor Arno Rauschenbeutel, coordenador da pesquisa.
Se o professor Arno e sua equipe puderem dar esse passo adicional, eles estarão criando um interface quântica entre a luz e matéria, um passo essencial para a viabilização da comunicação e da criptografia quânticas, além da realização do tão sonhado computador quântico.

Como armazenar a luz

Einstein demonstrou que a luz pode ser vista como uma partícula, formada por unidades discretas, chamadas fótons. Mas será que isso implica que ela poderia ser armazenada, na forma de "bolinhas de luz"?
Certamente que não. Simplesmente porque, no mundo quântico, onde se pode tratar a luz como uma partícula, as coisas se comportam de forma bem mais complicada, e partículas nem sempre são partículas, elas se transformam em ondas e ondas se comportam como partículas, enfim, nada é como no mundo macroscópico e a palavra estabilidade assume outros significados quando se trata de fenômenos quânticos.
Assim, se você estiver mesmo interessado em fabricar um "pote" para armazenar a luz, terá que lidar com ela da forma como a percebemos, como uma onda.

Esfera espelhada

Uma primeira solução poderia ser construir uma esfera totalmente espelhada, com um único furo microscópico por onde a luz pudesse ser injetada em seu interior. Se o espelho for perfeito, a luz que entrar pelo furo ficará refletindo de um lado para o outro indefinidamente. A única perda seria dos fótons que batessem exatamente na porta de entrada.
Mas não existem espelhos perfeitos. Os melhores deles, os mais perfeitos espelhos que se consegue fabricar hoje, perdem vários por cento da luz a cada reflexão. Como a luz é muito rápida - em apenas um segundo, ela dá sete voltas ao redor da Terra - ela vai refletir tantas vezes que será absorvida pelo espelho, gerando calor, antes mesmo que consigamos medir o quanto ainda resta dela lá dentro.

Microrressonadores

As coisas começam a melhorar um pouco quando tentamos construir nosso dispositivo armazenador de luz em escala microscópica. Quando construímos paredes reflexivas e conseguimos inserir a luz de forma controlada no interior do nosso dispositivo, temos o que se chama um microrressonador.
Só para antecipar um pouco as coisas, aqui saímos do nível teórico. Já existem microrressonadores de uso prático, sendo usados, por exemplo, nos diodos laser, que revolucionaram as telecomunicações e o armazenamento óptico de informações - lembre-se dos CDs e dos DVDs - ao longo dos últimos anos.

De volta aos espelhos

Mas então, pode-se perguntar, em nível microscópico, os espelhos são melhores? Não, mas a questão é que os microrressonadores não têm a intenção de armazenar a luz por longos períodos, como a nossa proposta original ao construir um pote de luz. Para eles, basta que a luz fique confinada por alguns milionésimos de segundo.
Lembre-se da velocidade da luz. Como ela é muito rápida, o número de reflexões por segundo no interior dos microrressonadores atinge alguns trilhões por segundo. Para guardarmos a luz por alguns milionésimos de segundo, cada 1 milhão de reflexões que ocorrer nesse período não poderá perder mais do que 1 milionésimo da energia da luz.
Isso não seria uma solução para o nosso pote de luz macroscópico, porque, como dissemos, os melhores espelhos perdem vários por cento da luz por reflexão. Fazendo os cálculos, vemos que um pote de luz macroscópico precisaria de espelhos 10 mil vezes mais eficientes do que os atuais para armazenar a luz por apenas um milionésimo de segundo.

Interação entre luz e matéria

Se já não tivéssemos dificuldades suficientes rumo ao nosso pote de luz, em escala quântica surge um outro problema. Durante o armazenamento, e em qualquer aplicação prática que se possa pensar, a nossa luz armazenada estará sempre entrando em contato com átomos.
Isto exige que a frequência da luz seja ajustada com extrema precisão para interagir com os átomos, o que significa que, além de construir um espelho perfeito, teremos que fazê-lo absolutamente puro, com um único elemento químico. E ainda assim poderemos armazenar luz de uma única frequência, ou seja, de uma única cor - a frequência da luz é o que surge para nossos olhos como cor.
Esse fenômeno pode ser melhor entendido comparando o efeito com a corda de um instrumento musical: a corda somente pode vibrar em frequências fixas determinadas pelo seu comprimento. De forma similar dá-se a interação entre cada tipo de átomo e cada frequência da luz.
Ficamos então com dois problemas: precisamos de um espelho bom o bastante e precisamos ajustar a frequência da luz armazenada em nosso pote com os átomos de que o pote será feito.

Dispositivo para armazenar luz

Esta era a situação com a qual os cientistas se defrontavam até agora.
Até que a equipe do professor Arno encontrasse, de uma só vez, a solução para os dois problemas. Eles construíram um microrressonador que combina todas propriedades que se possa querer em um pote de luz, isto é, um longo tempo de armazenamento e a possibilidade de ajuste para armazenar qualquer cor de luz; e com uma vantagem adicional: tudo contido em um dispositivo único e muito pequeno.
Então, aqui vai a receita dos cientistas alemães para construir um pote capaz de armazenar luz: pegue uma fibra óptica, aqueça-a até que ela possa ser esticada e então vá puxando as suas extremidades até que ela atinja um diâmetro de cerca de metade do diâmetro de um fio de cabelo humano. Pegue um laser e molde o centro da fibra afinada, construindo nela uma saliência, um bojo, parecido com uma bola de futebol americano.
E pronto. A luz que entrar em nosso pote de luz ficará refletindo continuamente na superfície da fibra óptica, viajando em uma rota espiral ao redor do eixo da fibra. Com isto, a luz não poderá escapar pelas extremidades da fibra, onde começa e onde acaba o nosso pote, porque o diâmetro da fibra reduz-se abaixo do seu comprimento de onda.

Garrafa ressonadora

Os pesquisadores não batizaram a sua armadilha de luz de "pote de luz". Eles a chamaram de garrafa ressonante, ou garrafa ressonadora, pela similaridade do dispositivo com a chamada garrafa magnética, na qual uma partícula se move entre os extremos de um campo magnético que é fraco no meio da garrafa e forte em suas extremidades, ficando aprisionada lá dentro.
O ajuste da garrafa ressonadora para que ela possa armazenar diferentes comprimentos de onda da luz é uma questão de puxar (ou, teoricamente, empurrar) as duas extremidades da fibra. A tensão mecânica altera o índice refrativo do cristal da fibra óptica, espichando ou encurtando o caminho da luz, o que determina qual comprimento de onda ficará preso lá dentro.

Bibliografia:Ultrahigh-Q Tunable Whispering-Gallery-Mode MicroresonatorM. Pollinger, D. O' Shea, F. Warken, A. RauschenbeutelPhysical Review Letters28 July 2009Vol.: 103, 053901 (2009)DOI: 10.1103/PhysRevLett.103.053901

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Como foi calculada a idade do Universo?

2010-04-16T11:50:00.000-07:00

Descoberta das galáxias

O astrônomo norte-americano Edwin Hubble (1889-1953) descobriu que as até então chamadas nebulosas eram galáxias fora da Via Láctea, que o Universo está se expandindo e que as galáxias se afastam umas das outras a uma velocidade proporcional à distância que as separa, razão que ficou conhecida como constante de Hubble.
Tais descobertas abriram caminho para que os astrofísicos Wendy Freedman, da Instituição Carnegie (Estados Unidos), Robert Kennicutt, da Universidade de Cambridge (Inglaterra), e Jeremy Mould, da Universidade de Melbourne (Austrália), definissem, em 2001, o índice de expansão do Universo, o que tornou possível calcular sua idade.

Expansão do Universo

"O resultado é que hoje sabemos que o Universo tem se expandido há 13,5 bilhões de anos", disse Wendy à Agência FAPESP pouco após ter recebido o Prêmio da Fundação Gruber de Cosmologia, concedido aos três pesquisadores durante a 27ª Assembleia Geral da União Astronômica Internacional, que está sendo realizada no Rio de Janeiro até o dia 14 de agosto. O prêmio consiste em medalhas de ouro e US$ 500 mil, divididos pelos ganhadores.
Liderando um grupo de mais de 20 cientistas de 13 instituições diferentes, Wendy, Kennicutt e Mould determinaram que o melhor valor para a constante de Hubble seria 72 quilômetros por segundo por megaparsec - um megaparsec equive a 3,26 milhões de anos-luz - com margem de incerteza de 10%.

Como foi calculada a idade do Universo

A descoberta do trio pôs fim a um debate que durou oito décadas e derrubou teorias e estimativas anteriores sobre a idade do Universo, como as do próprio Hubble, que a calculou em "apenas" 1 bilhão de anos.
Seguindo a constante de Hubble, os astrofísicos mediram a distância entre a galáxia à qual a Terra pertence - a Via Láctea - e 30 outras galáxias, usando o telescópio espacial da agência espacial norte-americana que leva o nome do famoso astrônomo.
"A expansão do Universo só é mensurável ao se calcular a distância do afastamento das galáxias. Então, por meio das variáveis chamadas de cefeidas, conseguimos precisar a distância entre a Terra e cada uma dessas 30 galáxias. Observamos que, quanto mais distante estamos, mais rápido nos movemos", explicou Wendy.

Estrelas pulsantes

As variáveis cefeidas - população de estrelas pulsantes e de luminosidade extrema - podem ser usadas como espécies de velas para determinar a distância de outros objetos da galáxia. Um telescópio pode ser calibrado com grande precisão usando a aproximação de uma estrela cefeida, de modo que as distâncias encontradas com esse método estão entre as mais precisas disponíveis na atualidade.
Segundo a astrofísica, o que a intrigava era que, quando se media a idade dessas estrelas, dizia-se que elas teriam cerca de 18 bilhões de anos. "A idade das estrelas era maior do que a constante de Hubble. E não podia haver estrelas mais velhas do que o próprio Universo. É como se pudesse haver filhos mais velhos do que os pais", comparou.

O que faz o Universo se expandir?

Diretora dos Observatórios da Instituição Carnegie, onde Hubble trabalhou e descobriu que o Universo está se expandindo, Wendy ressalta que o desafio da vez é a energia escura, a forma hipotética de energia que estaria distribuída por todo o espaço.
"É o que precisa ser compreendido agora. Sabemos que a energia escura está acelerando a expansão do Universo. Temos que medi-la e descobrir qual a razão para isso", afirmou.
A equipe da pesquisadora também trabalha para finalizar, em 2019, a construção do Telescópio Gigante de Magalhães (GMT, na sigla em inglês), que terá um espelho de 24,5 metros de diâmetro e será um dos três maiores em operação na Terra, ao lado do Thirty Meter Telescope, de 30 metros, e do Extremely Large Telescope, de 42 metros.

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Luz e som são armazenados juntos no interior de um nanocristal

2010-04-16T11:45:00.000-07:00

Luz vibrante

A humanidade aprendeu há muito tempo a manipular o som. Mais recentemente, aprendemos a manipular a luz e hoje a maioria das nossas comunicações viaja em alta velocidade na forma de pulsos de luz no interior de fibras ópticas.
Agora, cientistas do Instituto de Tecnologia da Califórnia, nos Estados, demonstraram que é possível mesclar som e luz e armazená-los conjuntamente.
Mais do que isso, é possível receber luz e armazená-la como som e, quando necessário, transformar de volta o som em luz e liberar os fótons para que eles prossigam seu caminho. Melhor ainda, é possível rotear as vibrações sonoras, fazendo-as interagir no interior de dispositivos nanoeletromecânicos e ler os resultados das interações na forma de luz.

Cristal optomecânico

Transformar luz em movimento, e vice-versa, é um objetivo longamente perseguido pelos cientistas, particularmente por este grupo, que acaba de criar um cristal optomecânico capaz de converter luz em som e vice-versa.
Em 2005, eles criaram a primeira chave totalmente óptica, na qual um feixe de luz controla outro feixe de luz. Há poucas semanas, eles demonstraram ter avançado bastante, apresentando um nanozíper, que usa as propriedades mecânicas da luz. Este nanozíper é tão sensível que é capaz de responder a um único fóton.

Uma nova física

O novo feito, divulgado em um artigo que acaba de ser publicado na revista Nature, não fica atrás. Na verdade, avança muito. "É um conceito totalmente novo," diz o Dr. Oskar Painter, coordenador da pesquisa, apontando que o dispositivo permitirá o estudo de "uma física totalmente nova."
No interior do cristal optomecânico, as interações entre o som e a luz podem resultar em vibrações mecânicas com frequências de dezenas de gigahertz - 10 bilhões de ciclos por segundo.
Em frequências tão altas, torna-se possível transmitir enormes quantidades de informação simultaneamente. Segundo o Dr. Painter, cristais optomecânicos como o que eles construíram poderão ter aplicações além das telecomunicações - por exemplo, para detectar e pesar moléculas individuais e como uma ferramenta para estudar os fundamentos da nanomecânica.
"Estas estruturas oferecem uma sensibilidade à massa superior à dos sistemas nanoeletromecânicos convencionais porque a luz é muito mais sensível ao movimento do que os sistemas elétricos," diz Painter. "E tudo isso pode ser feito no interior um microchip de silício."

Fótons e fónons

Os cristais optomecânicos lidam com as unidades mais básicas - ou quanta - tanto da luz quanto do som. A unidade básica da luz é o fóton e a unidade básica do som é o fónon.
A inovação da equipe do Dr. Painter foi juntar cristais fotônicos e cristais fonônicos em uma única estrutura. Individualmente, esses dois tipos de cristais vêm sendo estudados há muito tempo.
"Nós agora podemos manipular o som e a luz na mesma nanoplataforma, e nós podemos converter energia entre os dois sistemas. E podemos trabalhar isso de forma praticamente ilimitada," diz o pesquisador.

Bibliografia:Optomechanical crystalsMatt Eichenfield, Jasper Chan, Ryan M. Camacho, Kerry J. Vahala, Oskar PainterNature5 November 2009Vol.: 462, 78-82DOI: 10.1038/nature08524

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Ondas cerebrais são usadas para escrever no computador

2010-04-16T11:42:00.000-07:00

Neurocientistas da Clínica Mayo, nos Estados Unidos, demonstraram que as ondas cerebrais podem ser usadas para digitar caracteres alfanuméricos na tela de um computador.
Nos testes, basta que o paciente concentre-se em uma letra ou número mostrados em uma matriz para que a letra apareça no monitor.

Interface cérebro-computador

Os pesquisadores afirmam que a descoberta representa um progresso concreto na viabilização de uma interface cérebro-computador que poderá, no futuro, ajudar as pessoas portadoras de diferentes distúrbios, a controlarem dispositivos eletrônicos e robotizados, como braços e pernas protéticos.
Segundo eles, os portadores da doença de Lou Gehrig e de lesões da medula espinhal são pacientes que poderão ser beneficiados com esta nova tecnologia. Embora ainda utilize métodos invasivos para coletar as ondas cerebrais, o método está entre os mais precisos já demonstrados até hoje.
"Mais de 2 milhões de pessoas nos Estados Unidos podem se beneficiar de dispositivos auxiliares, controlados por uma interface cérebro-computador", diz o pesquisador principal do estudo, o médico neurologista Jerry Shih, que desenvolveu a nova interface em colaboração com a equipe do Dr. Dean Krusienski, da Universidade do Norte da Flórida.
"Esse estudo constitui um primeiro passo no caminho em direção ao futuro e representa um progresso tangível no uso de ondas cerebrais para realizar certas tarefas", explica Shih.

Eletrocorticografia e eletroencefalografia

O estudo da nova interface foi feito com pacientes com epilepsia. Esses pacientes já vinham sendo monitorados, para controle da convulsão, através de eletrocorticografia (ECoG), um exame no qual eletrodos são colocados diretamente na superfície do cérebro para registrar as correntes elétricas produzidas pelas descargas das células nervosas. Esse tipo de procedimento requer uma incisão cirúrgica no crânio.
O neurologista queria estudar uma interface cérebro-computador nesses pacientes, porque, hipoteticamente, as informações captadas pelos eletrodos colocados diretamente no cérebro poderiam ser muito mais específicas do que os dados coletados através de eletroencefalografias (EEGs), nos quais os eletrodos são colocados no couro cabeludo. A maioria dos estudos de interação cérebro-computador foram feitos com EEGs, diz o neurologista.
"Há uma grande diferença entre a qualidade das informações obtidas com o ECoG e com o EEG. No EEG, o couro cabeludo e o osso do crânio dissipam e distorcem o sinal, da mesma forma que a atmosfera terrestre obscurece a luz das estrelas", diz o neurocientista. "É por isso que o progresso do desenvolvimento dessa espécie de interface da mente tem sido lento", afirma.
Como esses pacientes já tinham eletrodos de ECoG implantados em seus cérebros, para os médicos descobrirem a área em que as convulsões se originaram, os pesquisadores puderam testar essa novíssima interface cérebro-computador. Nesse estudo, os dois pacientes foram colocados em frente a um monitor que estava conectado a um computador, no qual os pesquisadores instalaram um software projetado para interpretar sinais elétricos vindos dos eletrodos.

Controlando o computador com a mente

Os pesquisadores solicitaram aos pacientes que olhassem para uma tela, que apresentava uma matriz 6 por 6, com um único caractere em cada quadrado. Todas as vezes que o quadrado com uma certa letra cintilava - e que o paciente estava focado nele - o computador registrava a resposta do cérebro à letra cintilante.
Os pesquisadores pediram então aos pacientes que focassem em letras específicas e o software do computador registrou as informações. A seguir, o computador calibrou o sistema com a onda cerebral específica de cada indivíduo, fazendo com que uma letra aparecesse na tela quando o paciente se focava nela.
"Nós podemos predizer, de forma consistente, as letras desejadas por nossos pacientes, com quase 100% de precisão", diz Jerry Shih. Embora isso seja comparável a resultados obtidos por outros pesquisadores, essa abordagem é mais localizada e pode, potencialmente, fornecer uma taxa de comunicação mais rápida. Nosso objetivo é encontrar uma maneira de usar, de forma eficaz e consistente, as ondas cerebrais do paciente, para realizar certas tarefas", afirma.

Calibragem individual

Quando a técnica for aperfeiçoada, será necessário que os pacientes se submetam a uma incisão no crânio para utilizá-la, embora ainda não se saiba quantos eletrodos deverão ser implantados.
E o software precisa ser calibrado para as ondas cerebrais de cada pessoa para a ação desejada, tais como movimentar um braço protético, explica o neurologista.
"Esses pacientes teriam de usar um computador para interpretar suas próprias ondas cerebrais, mas esses dispositivos estão ficando tão pequenos que há uma possibilidade de que eles possam ser implantados no futuro", ele diz. "Achamos que nosso progresso, até agora, é muito encorajador."

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Cientistas dão nó na luz

2010-04-16T11:35:00.000-07:00

Amarrando a luz

Cientistas conseguiram pela primeira vez dar um nó na luz. E não um nó em uma fibra óptica ou qualquer meio por onde a luz esteja passando, mas um nó em um feixe livre e puro de luz.
A proeza parece mais notável em razão do senso comum de que a luz sempre viaja em linha reta. De fato é isso o que acontece na maior parte das vezes. Mas frequentemente não significa sempre.
"Em um raio de luz, o fluxo de luz que viaja através do espaço é semelhante ao fluxo da água que flui em um rio. Embora ela frequentemente flua em uma linha reta - saindo de uma lanterna, de uma fonte de laser etc. - a luz também pode fluir em turbilhões e redemoinhos, formando estruturas no espaço chamadas vórtices ópticos," explica o Dr. Mark Dennis.
Dennis, da Universidade de Bristol, na Inglaterra, foi um dos responsáveis pelo feito de dar nós na luz, que contou ainda com a participação de seus colegas das universidades de Glasgow e Southampton. O experimento foi publicado neste domingo na revista Nature Physics.

Redemoinhos de luz

A compreensão precisa das propriedades da luz, permitindo seu controle a ponto de lhe dar nós, tem implicações importantes para a tecnologia dos raios laser, usados em uma ampla gama de indústrias, na medicina, nas telecomunicações e em outras pesquisas científicas.
Mas, para entender os nós na luz, é preciso retornar aos vórtices ópticos. Ao longo dessas "linhas" - desses redemoinhos de luz - a intensidade da luz é zero, o que significa que não há iluminação, fica tudo escuro. Toda a luz ao nosso redor é repleta dessas linhas escuras - porém, por serem escuras, nós obviamente não podemos vê-las.
É possível criar vórtices ópticos artificialmente e de forma controlada usando hologramas, que direcionam o fluxo de luz.

Teoria dos Nós

Os pesquisadores britânicos empregaram a Teoria dos Nós, um ramo da matemática inspirado nos nós que amarram e embaraçam cordas e cadarços de sapato, para criar hologramas especialmente projetados para dirigir os vórtices ópticos, fazendo-os criar nós não de cordões, mas de luz.
Com isto, além dos interesses na área do laser e da fotônica em geral, a nova pesquisa demonstra uma aplicação física de um ramo da matemática anteriormente considerado completamente abstrato.
"O sofisticado holograma necessário para este experimento de 'amarrar' a luz demonstra uma capacidade de controle óptico extremamente avançada, que sem dúvida poderá ser usada em dispositivos a laser no futuro," diz o Dr. Miles Padgett, que coordenou os estudos.
"O estudo dos vórtices ópticos começou com o Lord Kelvin por volta de 1867, em sua busca por uma explicação dos átomos", acrescenta Dennis. "O nosso trabalho abre um novo capítulo nessa história".

Bibliografia:Isolated optical vortex knotsMark R. Dennis, Robert P. King, Barry Jack, Kevin O'Holleran, Miles J. PadgettNature Physics17 January 2010Vol.: Published onlineDOI: 10.1038/nphys1504

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Cientistas transformam energia em matéria

2010-04-16T11:29:00.000-07:00

Conversão de energia em matéria

Da mesma forma que matéria pode ser convertida em energia, também a energia poderia se transformar em matéria. Isto é o que um time de doze pesquisadores dos Laboratórios Jefferson (Estados Unidos) está buscando em um novo experimento chamado Hall A.
Albert Einstein previu essa possibilidade em 1905, quando ele formulou sua teoria da relatividade: embora você não possa exatamente extrair algo do nada, você pode chegar quase lá. Sua famosa fórmula E=mc2 é uma via de duas mãos. Da mesma forma que matéria pode ser convertida em energia, energia também pode ser convertida em matéria.

Kaons

O experimento Hall A utilizará o canhão de elétrons do laboratório e um alvo de hidrogênio líquido para trazer à vida uma rara partícula conhecida como kaon.
A estrutura única do kaon poderá ser de grande ajuda para os cosmologistas, que deverão ser capazes de utilizar os resultados de experimentos como o Hall A para desenvolver modelos estruturais de objetos estelares feitos de "matéria escura", uma estranha matéria prevista nos modelos cosmológicos que inclui o kaon como parte de sua própria estrutura subatômica.
Descobertas preliminares indicam que os kaons resultam da interação de partículas de luz, os fótons. Os fótons, entretanto, criam mais do que kaons. Eles também produzem outras partículas, conhecidas como lambda e sigma, com sua própria estrutura quark. Todas se originam de um mar de partículas virtuais que não podem existir senão sob a ação de um golpe de energia como o fornecido pelo acelerador do laboratório.
"Quando estas coisas forem produzidas, nós tentaremos entender como elas são feitas." disse Pete Markowitz, porta-voz da equipe. "E com o que elas se parecem? Nós tentaremos obter um quadro detalhado de como os quarks vivem no interior do núcleo."

Criação do nada

O primeiro desafio que os pesquisadores se defrontaram foi a produção, em número suficiente para a experiências, das raras e fugazes partículas. A tarefa foi difícil considerando que os kaons contêm um par matéria-antimatéria, um quark "positivo" e um antiquark.
Os cientistas acreditam que os quarks sejam os elementos básicos com que a matéria é construída. Assim que uma partícula de antimatéria colide com um partícula de matéria normal, ambas as partículas são instantaneamente convertidas em energia, um processo que não facilita a observação por parte dos cientistas.
Esta etapa da experiência já foi concluída. Os cientistas do Hall A conseguiram produzir kaons suficientes para analisar os detalhes internos da partícula. Em essência, os pesquisadores fizeram com que os quarks constituintes do kaon surgissem utilizando a energia do feixe de elétrons.
"Nós criamos um kaon essencialmente do nada ao fornecer-lhe um golpe de energia." disse Markowitz. "A partir de então nosso trabalho foi medir as propriedades dessa criação. Nós queríamos determinar quais partes do kaon são do tipo quark. Nós gostaríamos de identificar exatamente do que os kaons são feitos. Qual descrição, teoricamente falando, é a mais apropriada."
O próximo passo será a investigação do hyperon, outra partícula de matéria-estranha. Os trabalhos começarão em 2004. O estudo do hyperon será o primeiro na história onde os pesquisadores poderão ver o que está acontecendo, em alta resolução. Segundo Markowitz, "nós estaremos criando uma nova forma de matéria.

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Cientistas descobrem como detectar a quarta dimensão do espaço

2010-04-16T11:24:00.000-07:00

Quarta dimensão do espaço

Dois cientistas norte-americanos acabam de publicar uma pesquisa que demonstra como detectar a quarta dimensão do espaço. Somando-se o tempo, passaríamos então a "ver" nosso universo em cinco dimensões. A teoria é, na verdade, um novo modelo para o entendimento da força da gravidade, uma alternativa à Teoria da Relatividade Geral, de Einstein.
A demonstração matemática permitirá que os astrônomos testem a nova teoria da gravidade e as cinco dimensões do universo. Charles R. Keeton e Arlie O. Petters batizaram sua teoria de modelo gravitacional de branas de Randall-Sundrum de tipo II.

Universo de cinco dimensões

A teoria sustenta que o universo visível é uma membrana incorporada em um gigantesco universo, de forma muito parecida com uma alga-marinha flutuando sobre o oceano. Esse "mundobrana" ou "universobrana" tem cinco dimensões - quatro dimensões espaciais mais o tempo - comparado com as quatro dimensões - três espaciais mais o tempo - da Teoria da Relatividade Geral de Einsten.
O modelo matemático apresentado prevê certos efeitos cosmológicos que, se observados, ajudarão os cientistas a validar ou rejeitar a teoria do mundobrana. Segundo eles, as observações poderão ser possíveis com a utilização de um telescópio espacial com lançamento previsto para os próximos anos.
Se comprovada, o impacto de uma nova dimensão não se restringirá à Física. "Ela irá confirmar que há uma quarta dimensão no espaço, o que irá criar uma alteração filosófica em nosso entendimento do mundo natural," diz Petters.

Branas e mundobranas

O modelo de um mundo de branas de Randall-Sundrum - batizado com o nome de seus criadores, Lisa Randall, da Universidade de Harvard e Raman Sundrum, da Universidade Johns Hopkins - consiste em uma descrição matemática de como a gravidade dá forma ao universo, diferindo da explicação dada pela Teoria Geral da Relatividade. A imagem ao lado é uma simulação em computador de como seriam as branas.
Keeton and Petters centraram sua atenção em uma conseqüência gravitacional em especial da teoria do mundobrana, que a distingue da teoria de Einstein.
A teoria do mundobrana prevê que buracos negros relativamente pequenos, criados quando o universo nasceu, sobreviveram até hoje. Os buracos negros, com massa equivalente a um pequeno asteróide, seriam uma parte da matéria escura. Como seu nome sugere, a matéria escura não emite e nem reflete luz, mas exerce uma força gravitacional.
A Teoria da Relatividade Geral, por sua vez, estabelece que esses buracos negros primordiais não existem mais. "Quando nós calculamos a que distância da Terra poderiam estar os buracos negros do mundobrana, ficamos surpresos de descobrir que os mais próximos podem muito bem estar no interior da órbita de Plutão," diz Keeton.
Petters acrescenta: "Se os buracos negros do mundobrana formarem apenas um por cento da matéria escura em nossa parte da galáxia - uma estimativa conservadora - poderá haver milhares desses buracos negros em nosso Sistema Solar."

Encontrar um buraco negro

Agora, para comprovar sua teoria de cinco dimensões, os cientistas terão que encontrar esses buracos negros. Eles demonstraram que pode ser possível detectá-los observando a radiação de outras galáxias que está vindo continuamente para a Terra.
Ao passar perto de um corpo com a força gravitacional tão forte quanto um buraco negro, essa radiação é afetada, formando um efeito chamado "lente gravitacional."
Os cientistas estão particularmente interessados nos jatos de raios-gama que vêm em direção à Terra. Raios-gama de alta concentração originam-se, por exemplo, de explosões estelares. Ao passar perto de um buraco negro, esse raios sofreriam um padrão de interferência, que pode ser detectado.
A técnica das lentes gravitacionais ja é comum em astrofísica, sendo utilizada, por exemplo, para se procurar por planetas extrasolares. Mas os cientistas descobriram que a "assinatura" da quarta dimensão espacial também aparece no padrão de interferência captado, surgindo como uma contração entre as "franjas" do padrão.
Segundo os cientistas, o telescópio espacial GLAST ("Gamma-ray Large Area Space Telescope"), a ser lançado em Agosto de 2007, será capaz de medir esse padrão de interferência.
Agora, é só esperar o lançamento do GLAST e aguardar que os cientistas façam suas medições. E, caso a teoria seja comprovada, preparar-se para ver a ciência dando os primeiros passos rumo ao conhecimento de um outro universo, intuído por muitos, mas até agora fugidio e insistentemente se escondendo de nossos mais apurados "sensores".

Bibliografia:Formalism for testing theories of gravity using lensing by compact objects. III. Braneworld gravityCharles R. Keeton, Arlie O. PettersPhysical Review D24 May 2006Vol.: 73, 104032 (2006)DOI: 10.1103/PhysRevD.73.1040

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Buracos negros não são realmente negros; e podem não ser buracos

2010-04-16T11:23:00.000-07:00

Três décadas atrás, Stephen Hawking descobriu que os buracos negros podem emitir radiação, de forma que eles não são realmente negros. Agora parece que eles podem não ser necessariamente buracos. Físicos teóricos estudaram ondas sonoras parecidas com as ondas de Hawking, emitidas pelo "análogo" de um buraco negro - um fluxo de fluido no qual a corrente descendente age como um arrasto gravitacional e que é governado por equações similiares às dos buracos negros.
Surpreendentemente, as ondas de Hawking apareceram no fluido mesmo sem a presença de uma região da qual é impossível se escapar, normalmente associada com os buracos negros. Os resultados sugerem que os experimentalistas poderão ter menos trabalho do que se esperava para criar análogos da radiação Hawking em laboratório. A equipe especula que buracos negros reais podem existir em tal estado, mas outros especialistas se mostram céticos.
O "ponto de retorno" para qualquer coisa que se aventure nas proximidades de um buraco negro é chamado horizonte de eventos - nada sai de lá depois que cruza essa concha esférica imaginária que circunda o buraco. Hawking percebeu, entretanto, que o espaçotempo curvado na ponta do horizonte de eventos poderia estimular a criação de partículas, algumas tendo energia suficiente para se libertar da armadilha gravitacional.
Infelizmente, a radiação prevista é fraca demais para ser detectada. Alguns pesquisadores têm então tentado verificar indiretamente a teoria com análogos de buracos negros - sistemas sólidos ou líquidos que aprisionam o som ou a luz de uma forma similar aos buracos negros reais. Um exemplo é um fluido quântico como o hélio líquido, com uma porção se movendo mais rápido do que a velocidade do som.
Um nadador nessa região supersônica poderá gritar por socorro, mas as ondas sonoras poderiam nunca sair da região em movimento para a região fixa. As equações descrevendo tal armadilha de som são similares àquelas utilizadas para explicar o espaçotempo afunilado do buraco negro. Estudos teóricos dos horizontes de evento acústicos prevêem que eles possam emitir radiação do tipo Hawking a partir da borda da região supersônica na forma de ondas sonoras quantizadas, chamadas fónons.
Pesquisadores gostariam de observar essa radiação análoga à de Hawking no laboratório a fim de aprender mais sobre esse exótico fenômeno. Mas ninguém teve sucesso até agora, em parte porque a instabilidade e a turbulência associadas com um fluxo supersônico tornam tais medições muito difíceis. Mas agora parece que tais fluxos supersônicos podem não ser necessários para gerar a radiação de Hawking, de acordo com as previsões de Carlos Barceló, do Instituto de Astrofísica de Granada, Espanha, e seus colegas.
A equipe modelou um fluido sem fricção fluindo através de um cano estreito. Eles imaginaram primeiro que a velocidade do fluxo se acelera com a distância cano abaixo (talvez devido a um decréscimo no diâmetro) e, segundo, a velocidade máxima aumenta com o tempo. Se o fluxo descendente atingir a velocidade do som, eles calcularam que um observador corrente acima poderá ouvir um zumbido do tipo Hawking.
Entretanto, a equipe descobriu que eles podem aumentar lentamente a velocidade - chegando perto mas nunca atingindo velocidades supersônicas - e ainda assim a radiação de fónons será emitida. "É surpreendente. Eu esperava não ver nenhuma radiação," diz o co-autor do trabalho Stefano Liberati, da Escola Internacional de Estudos Avançados, em Trieste, Itália.
Os pesquisadores especulam que uma estrela em colapso poderá emitir radiação de Hawking sem nunca formar um horizonte de eventos. À distância, ela deverá continuar se parecendo com um buraco negro enquanto se mantém em colapso, porque a luz será fortemente afetada pelo espaçotempo fortemente curvado.
Mas William Unruh, da Universidade da Colúmbia Britânica, Canadá, acha esse cenário não realístico. Para emitir a quantidade esperada de radiação, diz ele, a estrela deverá se encolher até um ponto muito próximo a uma densidade necessária para um horizonte de eventos se formar, tão próximo que a diferença não deverá ser fisicamente significativa.
Em 2002, cientistas norte-americanos propuseram uma teoria que também retira a noção de buraco dos buracos negros, transformando-os em bolhas, ou gravastars.

Bibliografia:Hawking-Like Radiation Does Not Require a Trapped RegionCarlos Barceló, Stefano Liberati, Sebastiano Sonego, Matt VisserPhysical Review Letters27 October 2006Vol.: 97, 171301

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Buracos negros podem ser portais para outros universos

2010-04-16T11:19:00.000-07:00

A ficção científica afirma isso há décadas. Mas agora passa a ser "seguro" também para os cientistas aventurarem-se por esse paradigma: um cientista francês e um alemão publicaram um artigo que demonstra que os buracos negros podem ser portais para outros universos.

Buracos negros

Na visão científica atual, buracos negros são corpos dotados de uma gravidade tão grande que nada, nem mesmo a luz, consegue escapar deles. Isso, obviamente, torna impossível que se observe um buraco negro diretamente. Mas os cientistas conseguem detectá-los graças ao efeito que sua enorme força da gravidade exerce sobre toda a matéria que está ao seu redor.
Mas Thibault Damour, dos Instituto de Altos Estudos Avançados da França e Sergey Solodukhin, da Universidade de Bremen, Alemanha, afirmam que os buracos negros podem ser "buracos de minhoca", verdadeiros portais que podem levar viajantes espaciais de um ponto a outro do universo ou até mesmo de um universo a outro.

Buracos de minhoca

Segundo os físicos, um buraco de minhoca é tão parecido com um buraco negro que seria impossível distinguir um do outro. Ambos afetam a matéria à sua volta da mesma maneira, já que os dois distorcem o tecido do espaço-tempo ao seu redor da mesma forma.
O que poderia distinguir os dois seria a radiação de Hawking, uma emissão de partículas e luz que somente se originaria nos buracos negros. Mas essa radiação, com seu espectro de energia característico, é tão fraca que seria completamente tragada por outros fontes de energia - até mesmo pela radiação de fundo, um "brilho" de microondas deixado por todo o espaço pelo Big Bang.
Outra diferença seria que o buraco de minhoca não possui horizonte de eventos, a fronteira além da qual nada consegue escapar de um buraco negro. Isto significa que algo poderia entrar no buraco de minhoca e sair novamente, o que não é possível nos buracos negros. Os teóricos afirmam que existem até mesmo buracos de minhoca em circuito fechado, cuja saída coincide com sua própria entrada, não levando a outros universos.

Portais para outros universos

O problema é que, dependendo de seu formato, percorrer um buraco de minhoca inteiro pode levar bilhões de anos. Ou seja, algum objeto que tenha entrado em um desses logo depois do Big Bang pode não ter tido tempo ainda para sair.
Buracos de minhoca tão grandes certamente causam grande frustração a todos os amantes da ficção científica, onde as viagens espaciais são feitas em horas e não em bilhões de anos. Mas há uma esperança.
Se um buraco de minhoca microscópico pudesse ser encontrado ou até mesmo construído, seria possível atravessá-lo em segundos. Como ele não possui horizonte de eventos, uma nave espacial poderia utilizar seu combustível para sair do outro lado e explorar o novo universo. E poderia voltar rapidamente para contar o que encontrou.

Origem dos buracos negros

A teoria é consistente, mas ainda faltam formas de comprovação. Com a tecnologia atual é impossível testar se um corpo celeste é um buraco negro ou um portal para outros universos.
Solodukhin e Damour afirmam que um buraco de minhoca pode se originar da mesma forma que um buraco negro - pelo colapso de uma estrela, por exemplo. Até agora era tido como razoável que um processo assim somente formaria buracos negros, mas os dois físicos propõem que os efeitos quânticos podem parar o colapso instantes antes da formação do buraco negro, levando a um buraco de minhoca.
Eles afirmam que um mecanismo assim será inevitável em uma teoria mais completa da física que unifique a gravidade e a mecânica quântica - um sonho longamente perseguido por todos os físicos.

Buracos negros microscópicos

E pode haver uma forma para se testar essa nova teoria: utilizando-se buracos negros microscópicos. Alguns físicos afirmam que experiências em aceleradores de partículas podem produzir buracos negros microscópicos.
Esse buracos negros microscópicos emitiriam uma quantidade mensurável de radiação de Hawking, o que comprovaria que não são buracos de minhoca. Se a radiação não for detectada, então a nova teoria estaria correta, e os físicos estariam diante de buracos de minhoca microscópicos.

Bibliografia:Wormholes as Black Hole FoilsThibault Damour, Sergey N. Solodukhin20 Apr 2007http://arxiv.org/abs/0704.2667

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Cientistas afirmam que buracos negros podem não existir

2010-04-16T11:15:00.000-07:00

Buracos negros não existem?
Agora, uma equipe de astrofísicos da Universidade Case Western, Estados Unidos, foi mais longe, e publicou um artigo científico afirmando que os buracos negros podem não existir. Ou pelo menos não são devoradores de matéria, como se imaginava até agora.
Apesar de povoarem inúmeros artigos e livros científicos, a ponto de já terem atingido o imaginário popular, os buracos negros não podem ser observados diretamente. O que os cientistas têm em mãos são efeitos gravitacionais, que são atribuídos a essas estruturas capazes de devorar qualquer coisa que ultrapasse suas fronteiras.

Horizonte de eventos

A fronteira de um buraco negro é chamada de horizonte de eventos. Segundo a teoria atualmente aceita, qualquer objeto que ultrapasse o horizonte de eventos de um buraco negro será totalmente destruído - não apenas esmigalhado ou vaporizado, por que isto deixaria migalhas ou vapores, mas destruído mesmo, "sem deixar qualquer informação," como dizem os cientistas. Nem mesmo a luz consegue escapar de lá.
O que a nova teoria agora lançada afirma é justamente que não é possível existir um horizonte de eventos. Segundo seus autores, a destruição de toda a informação da matéria que ultrapassa o horizonte de eventos vai contra as leis da mecânica quântica. Esse é um dos maiores paradoxos da astrofísica, para o qual a teoria atual não possui soluções satisfatórias.
"Se você define o buraco negro como um lugar onde você pode perder objetos, então não pode haver tal coisa, porque o buraco negro evapora antes que qualquer coisa possa cair nele," explica o físico Tanmay Vachaspati.
Se os buracos negros existirem, a informação gerada no seu estado inicial irá desaparecer no próprio buraco negro por meio da emissão de um jato de radiação termal que não carrega nenhuma informação sobre o estado inicial.

Radiação não-termal

O que os físicos agora propõem é que qualquer massa que se aproxima do horizonte de eventos do buraco negro encolhe de tamanho, mas nunca "cai no buraco" no sentido que se atribuía até agora, devido à radiação pré-Hawking, uma radiação não-termal que contém informações sobre a natureza do que está sendo destruído. A partir dessa radiação não-termal é possível reconstituir a matéria que teria caído no buraco negro - logo, um buraco negro não destrói totalmente a informação, porque nada cai nele realmente.
"A radiação não-termal pode carregar informação, ao contrário da radiação termal. Isto significa que um observador externo, vendo algum objeto se desfazendo no buraco negro, receberá a radiação não-termal de volta e será capaz de reconstruir toda a informação do objeto inicial e assim nenhuma informação se perde," explica Vachaspati.
Os físicos não negam as inúmeras observações já feitas por astrônomos e astrofísicos, que verificaram a existência de gigantescas forças gravitacionais mantendo unida uma quantidade inimaginável de matéria - o que hoje é descrito como um buraco negro. Mas, segundo eles, "do ponto de vista de um observador externo, leva uma quantidade infinita de tempo para se formar um horizonte de eventos e o relógio para os objetos caindo no buraco negro parece diminuir seu ritmo até zero," diz Lawrence M. Krauss, outro autor do artigo.
Se, ainda assim, os buracos negros realmente existirem, continuam os pesquisadores, então sua formação somente poderá ter acontecido no início do tempo.

Bibliografia:Observation of Incipient Black Holes and the Information Loss ProblemTanmay Vachaspati, Dejan Stojkovic, Lawrence M. KraussPhysical Review DVol.: Accepted

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Singularidades expostas podem ser mais estranhas que buracos negros

2010-04-16T11:13:00.000-07:00

Não é a primeira vez que um cientista afirma que um buraco negro pode não ser negro. Agora, porém, dois físicos teóricos afirmam ter encontrado uma forma de demonstrar essa teoria.
Foi Albert Einstein quem lançou a teoria original segundo a qual estrelas maiores do que o Sol podem entrar em colapso e se comprimir em singularidades - é assim que os físicos chamam os buracos negros. Singularidades são entidades tão massivamente densas que as leis da física não funcionam mais em seu interior.

Horizonte de eventos

Desde então, os astrônomos têm descoberto evidências indiretas da existência real dessas entidades, graças à conjectura da censura cósmica. Esta conjectura estabelece que singularidades "realísticas" - aquelas que podem realmente se formar na natureza - devem estar sempre escondidas por uma barreira chamada de horizonte de eventos, uma fronteira imaginária da qual a luz não consegue escapar. É isto que os torna perpetuamente negros para o resto do universo.
Mas o físico Arlie Petters, da Universidade de Duke, Estados Unidos, acredita que a censura cósmica é "uma conjectura aberta, que é muito difícil de se provar e muito difícil de ser negada."
Singularidade exposta
Kip Thorne e John Preskill, dois pesquisadores do Instituto de Tecnologia da California, vêm defendendo há mais de uma década que uma singularidade exposta - algo como um buraco "não-negro", que pode ser visto - pode existir em determinadas condições.
É aí que entra a nova teoria, lançada por Petters e seu colega Marcus Werner. Eles acreditam ter descoberto uma forma de detectar a presença de uma singularidade exposta.

Incertezas

Os astrônomos não podem afirmar com certeza que todos os buracos negros são realmente negros porque as evidências que eles possuem de sua existência são todas indiretas. A principal dessas evidências é a fantástica força gravitacional que uma entidade invisível - potencialmente um buraco negro - exerce sobre a matéria ao seu redor.
Há ainda a emissão de radiações de alta energia ou a órbita quase inacreditável das estrelas vizinhas. Mas, como são todas evidências indiretas, não há como afirmar nada com certeza sobre a singularidade propriamente dita.

Lentes gravitacionais

Petters é um especialista em lentes gravitacionais, outro efeito da relatividade que permite que massivas fontes de gravidade dividam a luz de fundo em múltiplas imagens. Ele e outro pesquisador, Charles Keeton, da Universidade Rutgers, já haviam proposto que o fenômeno de lentes gravitacionais poderia ser utilizado para mostrar que a censura cósmica poderia ser violada.
Esta teoria, contudo, só vale para singularidades que não giram, o que os físicos concordam que não é algo realístico, tratando-se apenas de entidades teóricas. As singularidades já detectadas parecem girar e muito rapidamente - mais de 1.000 vezes por segundo.

Buracos negros se revelam

Agora, Petters e Werner demonstraram que um buraco negro pode se tornar uma singularidade exposta se seu momento angular - um efeito de seu giro - for maior do que sua massa. No caso de um buraco negro pesando cerca de 10 vezes mais do que nosso Sol, isso significaria alguns milhares de rotações por minuto.
Conforme os cálculos dos dois cientistas, se existir um buraco negro com essas características, ele irá dividir a luz das estrelas ou galáxias que estiverem por detrás dele, deixando um rastro que poderá ser detectado utilizando-se instrumentos estado-da-arte ou que poderão ser construídos com o conhecimento atual.

Crenças

"Se você me perguntar se eu acredito que as singularidades expostas existem, eu lhe direi que estou em cima do muro," disse petters. "De certa forma, eu espero que eles não estejam lá. Eu preferiria encontrar os familiares buracos negros. Mas eu mantenho a mente aberta o suficiente para aceitar a tese contrária."
Não é para menos. Afinal, como ele mesmo afirma, uma singularidade exposta abalaria os fundamentos da relatividade geral.

Bibliografia:Magnification relations for Kerr lensing and testing cosmic censorshipM. C. Werner, A. O. PettersPhysical Review D24 September 2007Vol.: 76, 064024DOI: 10.1103/PhysRevD.76.064024

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Super buraco negro desafia teorias científicas

2010-04-16T11:09:00.000-07:00

Um grupo internacional de astrônomos localizou um buraco negro estelar de proporções excepcionais em órbita em torno de uma estrela gigante. Com massa 16 vezes maior do que a do Sol, trata-se do maior buraco negro estelar conhecido.

Buraco negro estelar

Um buraco negro estelar é formado pelo colapso gravitacional de uma estrela gigante no fim de sua vida. A descoberta foi relatada na última edição da revista Nature.
De acordo com os cientistas, o achado é notável porque os modelos que explicam a formação desse tipo de buraco negro dificilmente poderiam produzir algo com mais de dez vezes a massa solar. A descoberta tem implicações intrigantes para a evolução e o destino das estrelas gigantes.
Outros buracos negros supermassivos encontrados nos centros de praticamente todas as galáxias têm massas milhões ou bilhões de vezes maiores do que a do Sol, mas não são do tipo estelar.

Galáxia espiral

A equipe coordenada por Jerome Orosz, da Universidade Estadual de San Diego, nos Estados Unidos, encontrou o buraco negro e sua estrela na galáxia espiral Messier 33, também conhecida como galáxia do Triângulo, que fica a cerca de 3 milhões de anos-luz da Terra.
O buraco negro passa diretamente diante da estrela gigante em sua órbita, eclipsando a emissão de raios X. Isso permitiu que a equipe calculasse a massa dos dois objetos com precisão maior do que a habitual.
A estrela, cuja massa é 70 vezes superior à do Sol, também é a mais massiva conhecida em um sistema binário de raios X (sistemas compostos de uma estrela gigante e um buraco negro ou estrela de neutrons).

Origem dos buracos negros

Para fazer a descoberta, os cientistas utilizaram uma combinação de dados obtidos pelo observatório de raio X Chandra, da agência espacial norte-americana (Nasa) e pelo telescópio Gemini, em Mauna Kea, no Havaí.
"A descoberta levanta todo tipo de questão sobre como um buraco negro tão grande pode ter se formado", disse Orosz. "É uma estrela imensa formando o sistema com o buraco negro. Eventualmente ela deverá também se tornar uma supernova e teremos um par de buracos negros", disse o co-autor Jeffrey McClintock, do Centro de Astrofísica Harvard-Smithsonian, nos Estados Unidos.

Sistema binário

As propriedades do sistema binário, batizado como M33 X-7, são de difícil explicação com a utilização de modelos convencionais para a evolução de estrelas gigantes, disseram os cientistas.
Segundo os modelos, a estrela-mãe, que dá origem a um buraco negro, deveria ter uma massa maior do que a da estrela companheira remanescente. Isso explicaria por que o colapso de formação do buraco negro teria ocorrido antes na estrela-mãe.
O tamanho do sistema M 33 X-7, com sua órbita pequena, indica que ele passou por um estágio de evolução conhecido como fase de envelope comum, no qual um objeto suga o outro para dentro e ao mesmo tempo expele suas próprias camadas externas. Isso pode levar tanto à fusão dos dois corpos como à formação de um sistema binário "estreito", no qual uma das estrelas perde suas camadas externas.

Perda de massa

Todo o processo resulta tipicamente em uma imensa perda de massa do sistema, o que impediria que a estrela-mãe formasse um buraco negro com 16 vezes a massa do Sol. Os pesquisadores avaliam que a estrela-mãe, antes de explodir, deve ter irradiado gás em uma taxa cerca de dez vezes menor do que a prevista pelos modelos.
"Achamos que a fase de envolope comum só poderia ter ocorrido no M33 X-7 se a quantidade de massa perdida pela estrela-mãe durante o processo fosse da ordem de uma magnitude menor do que se admite normalmente em modelos evolucionários de estrelas gigantes", destacaram os autores do estudo.
"Durante a fase de envelope comum, a estrela-mãe do buraco negro deve ter perdido uma imensa quantidade de massa para que os corpos ficassem tão próximos. Por outro lado, deve ter retido muita massa para formar um buraco negro tão pesado. O sistema poderá fornecer os limites máximos e mínimos de quantidade de perda de massa e proximidade orbital possíveis em um envolope comum", disse Tomasz Bulik, da Universidade de Varsóvia, na Polônia, em comentário sobre a descoberta na mesma edição da Nature.

Bibliografia:A 15.65-solar-mass black hole in an eclipsing binary in the nearby spiral galaxy M 33Jerome A. Orosz, Jeffrey E. McClintock, Ramesh Narayan, Charles D. Bailyn, Joel D. Hartman, Lucas Macri, Jiefeng Liu, Wolfgang Pietsch, Ronald A. Remillard, Avi Shporer, Tsevi MazehNature18 Oct 2007Vol.: 449, 872 - 875

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As verdadeiras cores de um Buraco Negro

2010-04-16T11:08:00.000-07:00

Buracos negros e sua vizinhança
Uma nova técnica de observação permitiu pela primeira vez que os cientistas detectassem as verdadeiras cores dos Núcleos Galácticos Ativos, o ponto mais central das galáxias, que inclui o buraco negro e seu disco de acreação, uma enorme região de gases que vai sendo aos poucos engolida pelo buraco negro.
Os cientistas acreditam que os discos de acreação são a maior fonte de radiação emitida a partir dos Núcleos Galácticos Ativos. Até recentemente, porém, esses discos de poeira galáctica eram unicamente suposições teóricas.

Núcleos das galáxias

Agora, uma equipe internacional de astrônomos, coordenada por Makoto Kishimoto, do Instituto Max Planck de Radioastronomia, na Alemanha, descobriu uma forma fazer observações diretas do conturbado e "empoeirado" ambiente do núcleo de uma galáxia.
Os cientistas conseguiram eliminar a influência da poeira espacial, que contaminava todas as observações e impedia qualquer conclusão sobre o verdadeiro núcleo da galáxia, do disco de acreação e do próprio buraco negro.

Cores dos buracos negros

Observando a emissão polarizada diretamente da região central do Núcleo Galáctico Ativo é possível determinar o espectro eletromagnético de toda a região - o espectro é a faixa de freqüências nas quais as radiações são emitidas, sendo que cada cor tem sua própria freqüência, ou comprimento de onda.
A imagem mostra a representação artística das observações de um Núcleo Galáctico Ativo. Um buraco negro supermaciço na parte mais central é circundado pelo disco de acreação e por nuvens de poeira interestelar.
Fortíssimos jatos de radiação são constantemente emitidos a partir do centro do disco de acreação. Conforme era previsto pela teoria, as observações comprovaram que esse ponto central de emissão de radiação é de uma cor azul intensa.

Bibliografia:The characteristic blue spectra of accretion disks in quasars as uncovered in the infraredMakoto Kishimoto, Robert Antonucci, Omer Blaes, Andy Lawrence, Catherine Boisson, Markus Albrecht, Christian LeipskiNature24 July 2008Vol.: 454, 492 - 494DOI: 10.1038/nature07114

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Criada "balança" para pesar buracos negros

2010-04-16T11:03:00.000-07:00

Como pesar os maiores buracos negros do Universo? Certamente não dá para usar uma balança, mas uma nova resposta foi conseguida por um grupo de pesquisadores com a ajuda de dados obtidos pelo Chandra, o telescópio de raios X da Nasa, agência espacial norte-americana.

Pesando buracos negros

Ao medir a elevação de temperatura do gás no centro da galáxia elíptica NGC 4649, os cientistas foram capazes de determinar a massa do buraco negro supermaciço da galáxia. O método, usado pela primeira vez, trouxe resultados consistentes com técnicas tradicionais.
A nova técnica aproveita a influência gravitacional que um buraco negro tem no gás quente no centro da galáxia. À medida que o gás se desloca lentamente em direção ao buraco negro, ele se torna mais comprimido e ainda mais quente. O resultado é um pico na temperatura, que é detectado pelo Chandra. Quanto mais maciço o buraco negro, maior o pico.
O efeito foi previsto por Fabrizio Brighenti, da Universidade de Bolonha, na Itália, e por William Mathews, da Universidade da Califórnia em Santa Cruz, há quase dez anos, mas nunca havia sido observado.

Como pesar buracos negros

Há tempos os astrônomos têm buscado novas formas de medir com precisão os buracos negros supermaciços, cujas massas são milhões de vezes maiores do que a do Sol. Até agora têm sido usados métodos baseados nas observações dos movimentos de estrelas ou de gases em discos próximos a tais formações.
"O novo trabalho é muito importante, uma vez que buracos negros podem ser elusivos e quanto mais formas de medir suas massas, melhor", disse Philip Humphrey, da Universidade da Califórnia em Irvine, nos Estados Unidos, que coordenou o estudo. Os resultados serão publicados em breve em artigo na revista The Astrophysical Journal.
A NGC 4649 é agora uma das únicas que teve a massa de um buraco negro supermaciço medida por dois métodos diferentes. Segundo a pesquisa, a formação tem cerca de 3,4 bilhões de vezes a massa do Sol e mil vezes a massa do buraco negro no centro da Via Láctea.

Bibliografia:Weighing the Quiescent Central Black Hole in an Elliptical Galaxy with X-Ray-Emitting GasPhilip J. Humphrey, David A. Buote, Fabrizio Brighenti, Karl Gebhardt, William G. MathewsThe Astrophysical JournalVol.: Accepted Paper

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Descoberto o formato dos buracos negros

2010-04-16T10:56:00.000-07:00

Até hoje ninguém sabia exatamente qual era o formato de um buraco negro. Mas, ainda que um deles nunca possa ser visto diretamente, agora já possível imaginá-los e desenhá-los no seu formato preciso: a forma de um elo redondo de corrente.

Formato de um buraco negro

Pela primeira vez, os cientistas conseguiram construir uma imagem da matéria que circunda um buraco negro, deduzindo daí o seu formato.
Depois de analisar o centro de mais de 200 galáxias - onde ficam localizados os grandes buracos negros - os astrofísicos do Museu Norte-Americano de História Natural concluíram que todos têm praticamente o mesmo formato - o formato de anel - não importando o seu tamanho.
"Esse formato agora detectado deverá fundamentar todas as nossas idéias sobre como a emissão de radiação ao redor dos buracos negros é produzida, e se nós podemos lidar com o material ao redor dos buracos negros, então nós poderemos começar a estudar os próprios buracos negros," afirma o Dr. Barry McKernan, coordenador da pesquisa.

Matéria em volta do buraco negro

Embora um buraco negro não possa ser visualizado diretamente, o material girando ao seu redor - basicamente poeira e gases - pode ser observado com base em uma nova teoria desenvolvida por McKernan e seus colegas.
Segundo esta teoria, há uma relação entre os dois extremos de radiação vindo da região ao redor dos buracos negros maciços: os raios X devem vir de materiais muito quentes próximos ao buraco negro e a luz infravermelha deve vir de materiais não tão quentes, muito mais distantes do buraco negro.
Esse padrão permitiu que os cientistas verificassem se a matéria ao redor do buraco negro estava sendo observada de frente - olhando de frente para o anel - ou estava sendo observada lateralmente - olhando para o lado do anel, sem ver o seu centro vazio.
Comparando a proporção entre raios X e luz infravermelha vindos de cada uma das regiões foi possível descobrir indiretamente como o material se distribui ao redor do buraco negro. Conhecendo a matéria ao seu redor, foi fácil descobrir o seu formato.

Buracos negros gigantes

Os astrofísicos estudaram 245 centros ativos de galáxias contendo buracos negros entre 1 milhão e 100 milhões de vezes a massa do Sol.
Depois de dividir os buracos negros entre aqueles que são observados diretamente e aqueles que são observados lateralmente, os cientistas descobriram que 90% dos núcleos galácticos ativos têm a mesma proporção entre raios X e luz infravermelha.
"Agora sabemos que todos eles se parecem com elos redondos de corrente (donuts), e do mesmo tipo de elo também," disse McKernan.

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Nosso Universo pode ser um gigantesco holograma

2010-04-16T10:53:00.000-07:00

Há sete anos, os cientistas do experimento GEO600, instalado na Alemanha, vêm procurando por ondas gravitacionais. Eles ainda não encontraram nenhuma, mas podem ter feito, por acaso, uma das maiores descobertas da física nos últimos 50 anos.
As ondas gravitacionais, previstas por Einstein, são oscilações no tecido do espaço-tempo causadas por objetos astronômicos superdensos, como estrelas de nêutrons ou buracos negros (veja Jóia de precisão vai ajudar a detectar ondas gravitacionais).

Convulsões quânticas

Nessa busca, os cientistas do GEO600 depararam-se com um efeito inexplicável: uma espécie de ruído captado continuamente pelo seu gigantesco detector, que mergulha a cerca de 600 metros de profundidade terra adentro.
Agora, Craig Hogan e seus colegas acreditam ter encontrado a explicação para esse ruído. "Parece que o GEO600 está sendo atingido pelas convulsões quânticas microscópicas do espaço-tempo," diz ele.
Segundo os pesquisadores, eles podem ter se deparado com os limites fundamentais do espaço-tempo - o ponto onde o espaço-tempo deixa de se comportar como o suave contínuo descrito por Einstein, e se transforma em "grânulos", da mesma forma que uma foto em um jornal se dissolve em pontos de tinta à medida que se faz um zoom sobre ela.

Holograma cósmico

"Se o resultado do GEO600 é o que nós suspeitamos que seja, então nós estamos todos vivendo em um gigantesco holograma cósmico," diz Hogan.
A ideia de que vivemos em um holograma pode parecer absurda inicialmente, mas ela é uma extensão natural das atuais teorias sobre os buracos negros e dos nossos melhores entendimentos sobre a estrutura do cosmos.
Ou seja, ela está de acordo com as teorias da física aceitas por virtualmente toda a comunidade científica. Na verdade, essa ideia de um universo holográfico foi sugerida ainda nos anos 1990, por Leonard Susskind e Gerard't Hooft.

Evaporação dos buracos negros

Nos anos 1970, Stephen Hawking demonstrou que os buracos negros não eram realmente negros, podendo emitir uma radiação que, ao longo de eras, poderia fazê-los evaporar inteiramente e desaparecer.
O problema é que a radiação de Hawking não carregaria nenhuma informação sobre o buraco negro e, quando ele finalmente evaporasse por inteiro, toda a informação sobre a estrela que colapsou para formá-lo estaria irremediavelmente perdida.
Isso contraria o princípio largamente aceito de que a informação nunca pode ser destruída.
Jacob Bekenstein logo propôs uma solução para esse paradoxo da informação dos buracos negros. Segundo ele, a entropia do buraco negro - que pode ser entendida como o conteúdo de informações do buraco negro - é proporcional à área superficial do seu horizonte de eventos, uma espécie de fronteira imaginária, além da qual nada escapa à gravidade do buraco negro.

Universo holográfico

Trabalhos teóricos posteriores demonstraram que ondas quânticas microscópicas poderiam codificar as informações do interior do buraco negro na superfície bidimensional de seu horizonte de eventos.
Estava então aberto o caminho para a ideia de um universo holográfico, uma vez que toda a informação tridimensional da estrela precursora do buraco negro poderia estar registrada em uma espécie de holograma 2D.
Para propor um universo holográfico, Leonard Susskind e Gerard't Hooft estenderam esse princípio para todo o Universo.
Desta forma, toda a informação contida no Universo, inclusive os raciocínios que você está desenvolvendo ao ler esta matéria, estariam codificadas bidimensionalmente na esfera imaginária que circunda nosso Universo.
Exatamente como o holograma encontrado no seu cartão de crédito, podendo mostrar a informação tridimensional completa - seus raciocínios, inclusive - a partir de um desenho 2D.

Interpretações

Para que a teoria seja verdadeira, a esfera imaginária que representa a fronteira final do nosso Universo deve conter uma espécie de "pixels cósmicos," pequenos quadrados, cada um dos quais contendo um bit de informação.
São esses pixels cósmicos que Hogan acredita que o experimento GEO600 está registrando. É importante perceber que o cientista não afirma que o ruído seja uma "evidência" de que vivamos em um Universo holográfico. O ruído pode ser só ruído mesmo, de uma fonte interna do experimento ainda não localizada.
O que Hogan afirma com todas as letras é: a proposta de um Universo holográfico está de acordo com todas as atuais teorias da física e o ruído captado pelo GEO600 faz sentido como uma explicação dos bits de informação bidimensional gravados na esfera imaginária que nos envolve.
Ao final, olhar para os dados com outra perspectiva pode ser uma mera questão de mudar o holograma de posição e passar a ver outra imagem.

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Quem se importa com a Quarta Dimensão?

2010-04-16T10:50:00.000-07:00

Teoria da gravitação quântica
Algumas das mentes mais brilhantes do mundo estão se dedicando a pesquisas nessa área, ainda que não tenham tido sucesso até o momento - criar uma teoria unificada da gravitação quântica é frequentemente considerado o "Cálice Sagrado" da ciência moderna.
Daniel Grumiller, da Universidade de Viena, na Áustria, acredita estar solucionando alguns dos mistérios da gravitação quântica. Seus resultados sobre buracos negros e ondas gravitacionais são verdadeiramente de fritar os miolos, para dizer o mínimo.

As dimensões do universo

Nós percebemos o espaço ao nosso redor como sendo tridimensional. De acordo com Einstein, o tempo e o espaço estão inseparavelmente conectados, eles formam algo que pode ser chamado de espaçotempo. A adição do tempo ao eixo do nosso espaço tridimensional cria o nosso contínuo-espaçotempo quadridimensional.
Por décadas, os cientistas têm se fascinado com a possibilidade da existência de dimensões adicionais, escondidas de nossos sentidos.
Grumiller e seus colegas estão tentando o enfoque oposto: Em vez de postular dimensões adicionais, ele acreditam que nosso universo pode de fato ser descrito com menos do que quatro dimensões.

Universo holográfico

"Um holograma, daqueles que você vê no dinheiro ou em cartões de crédito, parece mostrar uma imagem tridimensional, apesar do fato de ele ser apenas bidimensional," explica Grumiller. Neste caso, a realidade tem menos dimensões que parece ter.
Esse "princípio holográfico" tem um papel importante na física do espaçotempo. Em vez de criar uma teoria da gravidade em todas as dimensões do espaço e do tempo, poder-se-ia formular uma nova teoria quântica com uma quantidade menor de dimensões espaciais.
Desta forma, uma teoria da gravitação 3D se transforma em uma teoria quântica 2D, na qual a gravidade simplesmente não aparece mais. Ainda assim, essa teoria quântica prevê adequadamente fenômenos como os buracos negros e as ondas gravitacionais.

Teoria quântica sem gravitação

"A questão - quantas dimensões nosso mundo realmente tem - provavelmente nem mesmo possa ter uma resposta adequada, provavelmente não possa ser respondida explicitamente," acredita Grumiller. "Dependendo da questão particular que estejamos tentando responder, cada um dos enfoques pode se mostrar mais útil."
Grumiller está atualmente trabalhando em teorias gravitacionais que incluem duas dimensões espaciais e uma dimensão temporal. Elas podem ser mapeadas em uma teoria quântica de duas dimensões sem a gravitação. Essas teorias podem ser utilizadas para descrever buracos negros de rotação rápida ou "cordas cósmicas" - defeitos no espaçotempo, que provavelmente surgiram logo depois do Big Bang.
Para conhecer uma pesquisa experimental que parece sustentar estas teorias, veja Nosso Universo pode ser um gigantesco holograma.

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Chegou o momento para uma nova Teoria da Gravitação?

2010-04-16T10:48:00.001-07:00

Os modelos cosmológicos atualmente aceitos, dependentes da teoria da gravitação de Newton, estabelecem que uma galáxia como a nossa Via Láctea deveria ter centenas de "galáxias satélites", galáxias muito pequenas, com alguns poucos milhares de estrelas, orbitando ao seu redor.
Mas um grupo de cientistas, coordenado pelo professor Pavel Kroupa, da Universidade de Bonn, na Alemanha, afirma que não apenas não há o número esperado de galáxias satélite orbitando a Via Láctea, como também as pouco mais de 30 que foram encontradas até agora não estão onde a teoria afirma que elas deveriam estar.

Galáxias fora do lugar

Segundo os pesquisadores, os dados podem ser uma indicação de que está na hora de se elaborar uma nova teoria da gravitação, mais abrangente do que a teoria de Newton.
"Há algo estranho na sua distribuição," diz o professor Kroupa. "Elas deveriam estar dispostas de maneira uniforme ao redor da Via Láctea, mas não é isto o que nossas observações mostram."
O grupo de astrônomos e astrofísicos descobriu que as sete galáxias anãs mais brilhantes estão mais ou menos no mesmo plano, numa formação semelhante a um disco, e que elas giram todas na mesma direção ao redor da Via Láctea, da mesma forma que os planetas do Sistema Solar giram ao redor do Sol.

Paradoxo galáctico

Os cientistas acreditam que isto somente pode ser explicado se elas tiverem sido formadas por colisões entre jovens galáxias. Os fragmentos dessas colisões poderiam explicar a existência e o comportamento dessas galáxias satélites.
Mas isso coloca um paradoxo. "Os cálculos sugerem que as galáxias satélites anãs não poderiam conter nada de matéria escura se elas tiverem sido criadas desta forma," conta o professor Manuel Metz, outro membro do grupo.
"Mas isto contradiz diretamente outra evidência. A menos que a matéria escura esteja presente, as estrelas dessas galáxias estão se movendo muito mais rapidamente do que é previsto pela teoria padrão da gravitação de Newton," diz Metz.

Rejeitando a teoria de Newton

"A única solução é rejeitar a teoria de Newton. Se nós vivermos em um Universo onde se aplica uma lei da gravitação modificada, então nossas observações poderão ser explicadas sem a matéria escura," conclui ele.
Embora a rejeição da teoria da gravitação de Newton possa parecer algo surpreendente, um grande número de pesquisadores tem manifestado um entendimento de que alguns dos princípios fundamentais da física vêm sendo compreendidos incorretamente.
Ademais, se essas ideias estiverem corretas, não será a primeira vez que a teoria da gravitação de Newton será modificada. Isso aconteceu no século passado, quando Einstein introduziu as Teorias da Relatividade Geral e Especial e novamente quando a mecânica quântica foi desenvolvida para explicar a física na escala atômica e subatômica.
As anomalias agora detectadas na observação das galáxias satélites dão suporte ao uso de uma "dinâmica newtoniana modificada" onde predominam acelerações fracas.

O desafio dos físicos

Ainda é cedo para afirmar se o grupo está correto em sua interpretação e, sobretudo, para se vislumbrar o que seria esse novo modelo explicativo. O que se pode prever é que esse novo modelo alterará profundamente a forma como compreendemos nosso Universo.
E os físicos sabem que terão que enfrentar, mais cedo ou mais tarde, a tarefa de desenvolver teorias que expliquem o funcionamento da natureza nas gigantescas escalas do Universo.
Da mesma forma que a matéria apresenta propriedades radicalmente diferentes em escalas de bilionésimos de metro, no chamado mundo quântico, não se espera que as explicações sobre as galáxias, buracos negros, matéria e energia escuras, e as interações de todos esses elementos, e de todos os que ainda estão por serem descobertos, sejam explicados com base nos mesmos princípios que regem a matéria ordinária de um planeta, por mais especial que esse planeta possa ser.

Bibliografia:Did the Milky Way Dwarf Satellites Enter The Halo as a Group?Manuel Metz, Pavel Kroupa, Christian Theis, Gerhard Hensler, Helmut Jerjen2009 May 20Vol.: 697 No 1 269-274DOI: 10.1088/0004-637X/697/1/269

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Vai começar a busca por Galáxias de Antimatéria

2010-04-16T10:42:00.000-07:00

Caçada inédita

Os ônibus espaciais estão prestes a se aposentar. Se nada mudar na política norte-americana para o espaço, e as coisas por lá andam mudando muito rapidamente, não restam mais do que sete voos para as emblemáticas naves espaciais.
Mas, como o Steve Jobs costuma dizer em todas as suas apresentações, há mais um detalhe...
Um ato do Congresso norte-americano, de 2008, adicionou um voo extra para os ônibus espaciais, que está agendado para ser um dos últimos. Atualmente marcado para 2010, esse voo extra irá iniciar uma caçada inédita: a busca por Galáxias de Antimatéria.

Antimatéria, Matéria Escura e Strangelets

O equipamento que fará a caçada é chamado AMS Alpha Magnetic Spectrometer - Espectrômetro Magnético Alfa. O AMS é um detector de raios cósmicos de US$1,5 bilhão que será instalado na Estação Espacial Internacional.
Além de detectar galáxias distantes formadas inteiramente por antimatéria, o AMS testará a teoria da Matéria Escura, uma substância misteriosa e invisível que compreende 83% de toda a matéria no Universo.
E ele também irá procurar por strangelets, uma forma teórica de matéria que seria ultramaciça por conter os chamados quarks estranhos. Um melhor entendimento das strangelets irá ajudar os cientistas a estudar microquasares e minúsculos buracos negros primordiais conforme eles evaporam, o que poderia comprovar se eles de fato existem.

Raios cósmicos de alta energia

Todos esses fenômenos exóticos podem manifestar sua presença por meio dos raios cósmicos de altíssima energia que eles emitem - o tipo de partículas que o AMS é insuperável em detectar.
"Pela primeira vez, o AMS irá medir os raios cósmicos de alta energia de forma muito precisa," explica o Dr. Samuel Ting, ganhador do Nobel de Física em 1976. Foi ele quem idealizou e dirige todo o desenvolvimento e construção do AMS desde 1995.

Descobrindo o inimaginável

Galáxias de antimatéria, matéria escura, strangelets - todos esses são fenômenos que os cientistas já conhecem. Se a história pode servir de guia, contudo, as descobertas mais interessantes serão de coisas que ninguém ainda sequer imaginou.
Da mesma forma que os radiotelescópios e o telescópios de infravermelho revelaram fenômenos cósmicos invisíveis aos telescópios ópticos, o AMS irá abrir uma outra faceta do cosmos para a exploração.
"Nós iremos explorar territórios totalmente novos," diz o Dr. Ting. "As possibilidades de descobertas saltam para fora dos gráficos."
Visão aérea do CERN, onde está instalado o LHC. O AMS é uma espécie de LHC do espaço.

AMS - Espectrômetro Magnético Alfa

O Dr. Ting frequentemente compara o AMS com os gigantescos aceleradores de partículas, como o LHC. Em vez de detectar raios cósmicos que atravessam a galáxia em alta velocidade, esses aceleradores fabricam suas próprias partículas localmente utilizando quantidades tremendas de energia elétrica.
Para estudar as partículas, tanto o LHC quanto o AMS empregam o mesmo princípio básico: os dois usam fortes campos magnéticos para desviar as partículas a fim de que conjuntos de placas de silício e outros sensores localizados no interior dos detectores rastreiem as partículas em suas rotas curvadas por aqueles campos magnéticos.
Esses sensores despejam terabytes de dados, que são triturados por supercomputadores em busca de informações sobre a massa, a energia e a carga elétrica das partículas.

Supercomputador espacial

O supercomputador é uma das razões pelas quais o AMS deve ser montado na Estação Espacial Internacional, em vez de ser uma sonda espacial independente.
O AMS produzirá dados em volume grande demais para serem transmitidos para as estações em terra. Por isso, ele deve conter seu próprio supercomputador, com 650 CPUs, para ser capaz de triturar os dados em órbita.
Em parte devido ao funcionamento desse supercomputador, o AMS exige 2,5 kW de potência - muito mais do que os painéis solares de um satélite podem fornecer, mas que se encaixam confortavelmente nos 100 kW de energia disponível na Estação Espacial Internacional.
"O AMS é basicamente um detector de partículas multitarefa levado para o espaço," diz Ting.
Diferenças entre o AMS e os aceleradores de partículas
Contudo, há duas importantes diferenças entre o AMS e os aceleradores de partículas subterrâneos.
Primeiro, o AMS irá detectar partículas com núcleos pesados, com energias muito mais altas do que os aceleradores de partículas conseguem produzir. O mais poderoso acelerador de partículas do mundo, o LHC, pode colidir partículas com uma energia combinada de cerca de 7 tera-eletronvolts (TeV, uma forma de medir energia na física das partículas). Por sua vez, os raios cósmicos têm energia de 100 milhões de TeV e até mais.
A segunda diferença importante é que os aceleradores arremessam as partículas umas contra as outras para estudar as próprias partículas, enquanto o AMS irá coletar partículas de alta energia vindas do espaço com o objetivo de aprender mais sobre o cosmos, e não sobre as próprias partículas.

Onde está a antimatéria?

Nessa busca de aprendizado está, por exemplo, um antigo mistério na cosmologia, a chamada antimatéria faltante, que nunca foi encontrada.
Segundo os melhores modelos já construídos pelos físicos, o Big Bang deve ter produzido igualmente matéria e antimatéria. Então, para onde foi toda a antimatéria? Ela não pode estar nas redondezas porque, se estivesse, nós veríamos brilhantes emissões de raios X onde a antimatéria entrasse em contato com a matéria ordinária, aniquilando-a.
Concepção artística do AMS já instalado na Estação Espacial Internacional. [Imagem: NASA]

Galáxias de antimatéria

Uma explicação poderia ser que algumas galáxias distantes são feitas inteiramente de antimatéria, em vez de matéria. Como a antimatéria tem exatamente a mesma aparência que a matéria, os astrônomos não são capazes de dizer se uma galáxia é feita de matéria ou de antimatéria simplesmente olhando para ela.
Entretanto, o AMS poderá encontrar fortes evidências de galáxias de antimatéria se ele conseguir detectar mesmo um único núcleo de anti-hélio ou um elemento pesado de antimatéria.
As colisões entre raios cósmicos nas proximidades da Terra podem produzir partículas de antimatéria, mas as chances de que essas colisões produzam um núcleo intacto de anti-hélio são tão incrivelmente pequenas que a descoberta de um único núcleo de anti-hélio será uma forte evidência de que o núcleo chegou à Terra vindo de uma região distante do Universo dominado pela antimatéria.

Fronteira do Universo

Outros instrumentos, como o satélite italiano Pamela, procuraram por núcleos de anti-hélio, mas nenhum desses instrumentos era sensível o suficiente para descartar a existência de galáxias de antimatéria. O AMS terá uma capacidade 200 vezes maior de coletar partículas do que qualquer outro experimento anterior.
Se o AMS não detectar núcleos de anti-hélio, o Dr. Ting afirma que os cientistas saberão que não existem galáxias de antimatéria num raio de 1000 megaparsecs - o que equivale, mais ou menos, à fronteira do Universo observável.

O que é Matéria Escura?

Outro mistério que o AMS ajudará a resolver é a natureza da Matéria Escura. Os cientistas acreditam que a grande maioria do Universo é na verdade feita dessa Matéria Escura invisível, em vez da matéria ordinária.
Eles apenas não sabem o que é essa Matéria Escura.
A teoria dominante afirma que a Matéria Escura é feita de uma partícula chamada neutralino. Colisões entre neutralinos devem produzir um grande número de pósitrons de alta energia. O AMS poderá comprovar se a Matéria Escura é feita de neutralinos procurando por esse excesso de pósitrons de alta energia.
"Pela primeira vez, será possível descobrir do que é feita a Matéria Escura," diz o Dr. Ting.
Então, fique ligado aqui no Inovação Tecnológica - principalmente quando o AMS permitir a descoberta daquilo que sequer imaginamos.

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

"Casulos estelares" podem ter sido berço de buracos negros

2010-04-16T10:37:00.000-07:00

Buracos negros gigantes

Um estudo feito nos Estados Unidos propõe uma nova teoria para a formação de buracos negros "supermassivos" - com massas milhões ou até bilhões de vezes maiores que a do Sol -, sugerindo que eles se formaram em "casulos" de gás dentro de estrelas.
O estudo apresenta uma alternativa à teoria mais aceita hoje em dia sobre a formação desses eventos cósmicos, a de que eles surgiram a partir da união de um grande número de buracos negros pequenos.

Questão genética

O astrônomo que liderou o estudo, Mitchell Begelman, da Universidade do Colorado, analisou os buracos negros surgidos a partir de estrelas supermassivas que nasceram nos primórdios do universo.
Segundo ele, em alguns casos, o núcleo dessas estrelas entra em colapso, formando buracos negros - que, devido ao tamanho dessas estrelas, já nascem maiores do que buracos negros comuns.
Em um segundo estágio de formação, esses buracos negros passam a engolir a matéria ao redor, dentro da estrela, formando um "casulo" e inchando até engolir o que restou do material que formava a estrela.
"O que é novo aqui é que acreditamos ter encontrado um novo mecanismo relativamente rápido de formação desses gigantes", disse Begelman.

Invisíveis

Os buracos negros são objetos cósmicos extremamente densos, formados, acredita-se, pelo colapso de estrelas, e com um campo gravitacional tão forte que nada, nem mesmo a luz, é capaz de escapar da sua atração.
Esses eventos não podem ser detectados diretamente pelos astrônomos, mas sim por sinais indiretos, como movimento de matéria estelar girando em torno deles.

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

Buracos negros devoram estrelas de dentro para fora

2010-04-16T10:29:00.001-07:00

Erupções de raios gama

O modelo atualmente aceito pela comunidade científica propõe que o plasma aquecido por neutrinos no disco de matéria que se forma ao redor de um buraco negro está na origem das erupções de raios gama, feixes monumentais de radiação de altíssima energia que volta e meia chegam até a Terra.
Esses flashes contêm radiação similar à radiação emitida pela explosão de armas nucleares - felizmente a atmosfera terrestre a absorve inteiramente, nunca atingindo o solo, o que fez com que elas somente fossem descobertas por telescópios espaciais.

Engolidores de estrelas

Mas o professor Serguei Komissarov, da Universidade de Leeds, na Inglaterra, não apenas não acredita que esse modelo explique bem a realidade, como acha que esses jatos cósmicos de alta energia têm uma origem bem mais dramática.
Segundo ele, as erupções de raios gama vêm diretamente dos buracos negros, quando eles avançam em direção às estrelas vizinhas e as engolem.
Para elaborar sua teoria, Komissarov baseou-se em dados coletados pelo observatório espacial Swift, que indicam que a fonte central do jato de radiação opera por até 10.000 segundos - muito mais do que o modelo baseado em neutrinos consegue explicar.
O matemático acredita que esta é uma evidência para a origem eletromagnética das erupções de raios gama, ou seja, os jatos de radiação viriam diretamente de um buraco negro em alta rotação e seria o estresse magnético causado por esta rotação que focaria e aceleraria o fluxo de radiação.
Para que o mecanismo previsto pela "teoria dos neutrinos" faça sentido, a estrela que está colapsando deveria estar girando extremamente rápido, o que aumentaria a duração do próprio colapso estelar, conforme a gravidade sofresse a oposição da fortíssima força centrífuga.

Parasitas cósmicos

Uma explicação alternativa, particularmente peculiar, envolve não uma estrela que está entrando em colapso, mas uma estrela invadida por buraco negro que componha com ela um sistema binário.
O buraco negro age como um parasita, mergulhando em direção à estrela normal, girando-a com sua fortíssima força gravitacional enquanto avança em direção ao centro da estrela, devorando-a de dentro para fora.
"O modelo de neutrinos não consegue explicar as erupções de raios gama particularmente longas e nem as observações do Swift, uma vez que a velocidade na qual o buraco negro engole a estrela cai rapidamente. Mas o mecanismo magnético explica as duas situações," diz Komissarov.
"Nosso conhecimento sobre a quantidade de matéria que se junta ao redor de um buraco negro e a velocidade de rotação da estrela nos permitem calcular qual será a duração das erupções de raios gama - e os resultados se correlacionam muito bem com as observações dos telescópios," acrescenta ele.

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

Por que nossas supernovas não explodem?

2010-04-16T10:21:00.000-07:00

Espetáculo fracassado

Uma velha estrela gigantesca está prestes a morrer de uma morte espetacular. Conforme o seu combustível nuclear se esgota, ela começa a entrar em colapso sob seu próprio peso colossal.
A pressão de esmagamento no interior da estrela dispara, desencadeando novas reações nucleares, preparando o palco para uma explosão espetacular.
E então ... nada acontece.
Pelo menos é isso o que os supercomputadores têm dito aos astrofísicos durante décadas. Muitos dos melhores modelos de computador de explosões de supernovas simplesmente não geram uma explosão. Em vez disso, de acordo com as simulações, a gravidade vence, e a estrela simplesmente entra em colapso, sem nenhuma explosão.

Humildade

"Nós realmente ainda não compreendemos como as supernovas de estrelas massivas funcionam", diz Fiona Harrison, uma astrofísica do Instituto de Tecnologia da Califórnia. A morte de estrelas relativamente pequenas é muito melhor compreendida pelos cientistas, mas para as estrelas maiores - aquelas com mais de 9 vezes a massa do nosso Sol - a física simplesmente não tem respostas.
Alguma coisa deve ajudar o empurrão para fora da radiação, além de outras pressões, a superar a pressão para dentro exercida pela gravidade. Para descobrir o que esse "algo" é, os cientistas precisam de examinar o interior de uma supernova real, no momento que ela está explodindo - o que não é uma coisa muito fácil de se fazer!

Telescópio de raios X

Mas é exatamente isso que Harrison pretende fazer com um novo telescópio espacial que ela e seus colegas estão desenvolvendo, chamado NUSTAR (Nuclear Spectroscopic Telescope Array - telescópio de espectroscopia nuclear).
Depois que ele for lançado em 2011, a bordo de um foguete Pegasus, o NUSTAR dará aos cientistas uma visão sem precedentes dos raios X de alta energia vindos daquilo que restou das supernovas, buracos negros, blazares e outros fenômenos cósmicos extremos.
O NUSTAR será o primeiro telescópio espacial capaz de realmente focalizar esses raios X de alta energia, produzindo imagens aproximadamente 100 vezes mais nítidas do que as que se pode captar com os telescópios atuais.
Usando o NUSTAR, os cientistas vão procurar pistas sobre as condições existentes no interior das estrelas que explodiram e que ficaram gravadas no padrão de elementos espalhados por toda a nebulosa que se forma depois que a estrela explode.

Titânio

"Você não tem a oportunidade de assistir a essas explosões muito frequentemente, daquelas que estejam próximas o suficiente para serem estudadas em detalhe," diz Harrison. "O que podemos fazer é estudar os detritos. A composição e a distribuição do material nesses remanescentes dizem muita coisa sobre a explosão."
Um elemento em particular é de grande interesse: o titânio-44.
A criação desse isótopo de titânio por meio de fusão nuclear requer uma combinação bem precisa de energia, pressão e matérias-primas. Dentro da estrela que está colapsando, esta combinação ocorre a uma profundidade que é muito especial. Qualquer coisa abaixo dessa profundidade irá sucumbir à gravidade e retrair-se para formar um buraco negro. Qualquer coisa acima dessa profundidade será ejetada na explosão. O titânio-44 está exatamente nesse limite de profundidade.
Desta forma, o padrão de como o titânio-44 se espalha pela nebulosa pode revelar muito sobre o que aconteceu naquele limiar crucial durante a explosão. E, com essa informação, os cientistas podem ser capazes de descobrir o que há de errado com as suas simulações de computador.

Assimetrias

Alguns cientistas acreditam que os modelos de computador são simétricos demais. Até recentemente, mesmo com os mais poderosos supercomputadores, os cientistas só eram capazes de simular uma fatia unidimensional de uma estrela. Eles simplesmente assumiam que o resto da estrela se comporta da mesma forma, fazendo a implosão simulada acontecer da mesma forma em todas as direções radiais.
Mas e se esse pressuposto estiver errado?
"As assimetrias podem ser a chave," diz Harrison. Em um colapso assimétrico, forças expansivas poderiam irromper em alguns lugares, mesmo se o esmagamento da gravidade estiver sendo avassalador em outros.
Na verdade, mais recentemente, simulações bidimensionais sugeriram que as assimetrias poderiam ajudar a resolver o mistério da "supernovas que não explodem".
Se o NUSTAR descobrir que o titânio-44 está espalhado de forma desigual, isto seria uma evidência de que as próprias explosões foram assimétricas, explica Harrison.

Óptica Wolter

Para detectar o titânio-44, o NUSTAR precisa ser capaz de focalizar os raios X de alta energia. O titânio-44 é radioativo e, quando ele decai, libera raios gama com uma energia de 68 quilo-elétron-volts (keV). Os telescópios de raios X atuais, como o Chandra, só conseguem focalizar raios X até cerca de 15 keV.
Lentes normais, na verdade, não são nem mesmo capazes de focalizar raios X, porque o vidro curva apenas muito ligeiramente os raios X. Assim, para uma lente de vidro poder curvar os raios X o suficiente para dirigi-los, ela teria que ser tão grossa que ela na verdade absorveria os raios X.
Os telescópios de raios X usam um tipo totalmente diferente de lente. Chamada de óptica Wolter-I, essas lentes consistem em vários invólucros cilíndricos, cada um ligeiramente menor do que o outro, postos uns dentro dos outros. O resultado parece um pouco com as camadas de uma cebola cilíndrica (se existisse tal coisa), com pequenos intervalos entre as camadas.
Os raios X que atingem a lente passam entre essas camadas, que guiam os raios X para a superfície focal. Não se trata exatamente de uma lente, em termos estritos, porque os raios X se refletem nas superfícies, em vez de atravessar-lhes, como acontece com a luz que passa por uma lente de vidro. Mas o resultado final é o mesmo.

Raios inexplorados

A óptica Wolter-I do NUSTAR tem um revestimento especial, com precisão atômica, que permite que suas camadas reflitam os raios X com energias de até 79 keV.
Harrison e seus colegas passaram anos aperfeiçoando as delicadas técnicas de fabricação para conseguir fazer essas camadas com tamanha precisão. Juntamente com um novo sensor capaz de tolerar essas altas energias, estas camadas finamente trabalhadas são o que permitirá o NUSTAR fotografar esses raios X de alta intensidade até hoje relativamente inexplorados.
E as descobertas não vão se limitar às supernovas. Os raios X de alta energia são emitidos por muitos dos fenômenos mais extremos do Universo, incluindo os buracos negros e os blazares - corpos celestes com uma fonte de energia extremamente compacta e altamente variável.
O NUSTAR nos dará uma nova janela para essa faceta tão extrema do Universo.
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fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

Cientistas criam um "buraco negro" atômico

2010-04-16T10:19:00.000-07:00

Menor acelerador de partículas do mundo

Pense nesse experimento como o menor acelerador de partículas do mundo: átomos espiralam ao longo de um nanotubo de carbono eletricamente carregado, sofrendo uma aceleração dramática, até desintegrarem-se violentamente.
Os físicos da Universidade de Harvard que descobriram o fenômeno afirmam que, além de serem promissores para a área da eletrônica e, eventualmente até mesmo para a construção de um elevador espacial, os nanotubos de carbono podem também ser a base para a geração de buracos negros microscópios.
Eles descobriram que um nanotubo de carbono, eletricamente carregado, pode fazer átomos super frios entrarem em um movimento espiral ao seu redor, acelerando velozmente até se desintegrarem, sem precisarem se chocar uns com os outros.

Buraco negro atômico

O experimento, o primeiro a demonstrar alguma coisa semelhante a um buraco negro em escala atômica, ganhou a capa da última edição da revista Physical Review Letters, a mais importante revista científica de física do mundo.
"Em uma escala de nanômetros, nós criamos uma atração inexorável e destrutiva semelhante à que os buracos negros exercem sobre a matéria em escalas cósmicas," diz Lene Vestergaard Hau, coautora da pesquisa.
A Dra. Lene Hau ficou famosa mundialmente ao criar os primeiros experimentos capazes de parar a luz. Suas experiências também serviram de base para que outros cientistas capturassem o "nada", ou pelo menos o que os físicos chamam de vácuo condensado.
"Além de ser extremamente importante para os cientistas, esta é a primeira fusão entre a física dos átomos frios e a nanociência, abrindo as portas a uma nova geração de experiências de átomos frios e dispositivos em nanoescala," vislumbra ela.

Nanofio de carbono

O nanotubo de carbono de parede única - sua parede é formada por uma única camada de átomos de carbono - foi fabricado sobre uma abertura de 10 micrômetros de largura de um chip de silício por meio de um processo chamado deposição química a vapor.
O chip fornece tanto a sustentação mecânica quanto os eletrodos por meio dos quais o nanotubo de carbono pode ser energizado.
Desta forma, embora seja oco, neste experimento o nanotubo funcionou como um nanofio de carbono, sendo que os átomos não tinham uma rota pela qual pudessem "mergulhar" diretamente por seu interior.
"Do ponto de vista do átomo, o nanotubo é infinitamente longo e fino, gerando um efeito singular sobre o átomo", diz Hau.

Acelerando átomos

Hau e seus colegas usaram raios laser para resfriar nuvens contendo um milhão de átomos de rubídio até uma fração de grau acima do zero absoluto.
Em seguida, elas arremessaram essa nuvem atômica - que tem um comprimento na faixa de milímetros - em direção ao nanotubo de carbono suspenso, que estava localizado a cerca de dois centímetros de distância e carregado com centenas de volts.
A grande maioria dos átomos passou direto pelo nanofio, mas aqueles que se aproximaram a cerca de um micrômetro dele foram inevitavelmente atraídos, entrando em um movimento em espiral ao seu redor e alcançando altíssimas velocidades, acelerados pela tensão do nanotubo.
Apenas cerca de 10 átomos de cada nuvem de um milhão deles espiralou pelo nanotubo.
"De uma velocidade inicial de cerca de 5 metros por segundo, os átomos frios atingiram velocidades de aproximadamente 1.200 metros por segundo, ou quase 4.500 quilômetros por hora, à medida que giravam ao redor do nanotubo," diz Anne Goodsell, coautora da pesquisa.
"Como parte dessa tremenda aceleração, a temperatura correspondente à energia cinética dos átomos passou de 0,1 Kelvin para milhares de graus Kelvin em menos de um microssegundo," complementa Goodsell.

Física e nanociências

Neste ponto, os átomos acelerados desintegraram-se em um elétron e um íon, ambos girando em paralelo ao redor do nanofio, cada um completando uma órbita em apenas alguns trilionésimos de segundo.
O elétron eventualmente é sugado pelo nanotubo por meio do tunelamento quântico, fazendo com que seu companheiro íon seja arremessado para longe - repelido pela forte carga elétrica de 300 volts do nanotubo - a uma velocidade de cerca de 26 quilômetros por segundo, quase 95.000 quilômetros por hora.
A precisão alcançada pelo experimento, permitindo o acompanhamento tanto dos átomos quanto dos processos em nanoescala, incluindo o rastreamento dos átomos, dos elétrons e da dinâmica dos íons, só foi possível graças a uma junção inédita entre a física e as nanociências.

Bibliografia:Field Ionization of Cold Atoms near the Wall of a Single Carbon NanotubeAnne Goodsell, Trygve Ristroph, Jene A. Golovchenko, Lene Vestergaard HauPhysical Review LettersApril 2010Vol.: 104, 133002 (2010)DOI: 10.1103/PhysRevLett.104.133002

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

Nosso Universo pode estar em uma ponte entre dois outros universos

2010-04-16T10:10:00.000-07:00

Vermes

O nosso universo pode estar situado no interior de um buraco de minhoca (wormhole) - também conhecido como Ponte de Einstein-Rosen - uma espécie de "cano" hipotético que une dois universos.
O próprio buraco de minhoca seria parte de um buraco negro que ficaria dentro de um universo muito maior, que contém o nosso como um traço dificilmente detectável por algum cientista "extra-universal".
Esse cenário, com cara de ficção científica, no qual nosso universo nasceu dentro um buraco de minhoca, está em um artigo que acaba de ser publicado em uma das mais importantes revistas de Física do mundo.

Gravidade e expansão acelerada do Universo

Tal exercício teórico não nasce da ociosidade: acontece que a física atual se debate há anos com problemas difíceis de resolver. O maior deles é a nossa bem conhecida gravidade.
Embora seus efeitos possam ser sentidos o tempo todo, ela não se dá com as outras forças conhecidas. Nenhum cientista conseguiu até hoje desenvolver uma teoria que junte a gravidade às forças nucleares fraca e forte e ao eletromagnetismo.
O outro problema é a expansão do Universo. A gravidade deveria estar fazendo com que ele estivesse se contraindo, ou no mínimo, ela deveria estar desacelerando sua expansão. Mas as observações mostram o contrário, o que fez surgir as teorias da matéria escura e da energia escura.

Saindo pelo cano

Nikodem Poplawski, da Universidade de Indiana, nos Estados Unidos, acredita que esses problemas podem ser resolvidos se nosso universo tiver nascido quando uma estrela gigante, situada em um universo muito maior e muito mais antigo do que o nosso, colapsou, formando uma ponte para um outro universo.
Se o nosso universo surgiu no meio dessa ponte entre esses dois outros universos, a gravidade pode ser rastreada para antes daquele instante mágico do Big Bang, permitindo sua unificação com as outras forças.
E a expansão acelerada do nosso universo seria explicada pelo simples fato de que estaríamos "vazando" pelo buraco de minhoca, atraídos por outro universo.

Buracos brancos

Poplawski admite que apenas um experimento ou uma observação direta poderiam revelar o movimento de uma "partícula" - tão grande quanto o nosso próprio universo - em um buraco negro real.
Mas ele também salienta que, como os observadores somente podem ver o lado de fora de um buraco negro, o interior não pode ser vislumbrado a menos que um observador entre no buraco negro ou já more lá.
"Esta condição seria satisfeita se o nosso universo estiver no interior de um buraco negro existente em um universo maior," afirma ele.
"Como a teoria geral da relatividade de Einstein não escolhe uma orientação para o tempo, se um buraco negro pode se formar a partir do colapso gravitacional de matéria através de um horizonte de eventos no futuro, então o processo inverso também é possível. Um processo assim poderia descrever um buraco branco explodindo: a matéria emergindo de um horizonte de eventos no passado, exatamente como o Universo em expansão," explica Poplawski.
Um buraco branco é conectado a um buraco negro por uma ponte de Einstein-Rosen (ou buraco de minhoca) e é, hipoteticamente, a reversão no tempo de um buraco negro.

Um universo em cada buraco negro

No artigo, Poplawski sugere que todos os buracos negros astrofísicos - e não apenas os buracos negros Schwarzschild e Einstein-Rosen - podem ter pontes Einstein-Rosen, cada um com um novo universo em seu interior, que se formou simultaneamente com o buraco negro.
"Do que decorre que o nosso universo poderia ter-se formado dentro de um buraco negro existente dentro de outro universo", defende ele. Ou, mais especificamente, dentro de um buraco de minhoca que une dois outros universos.
Segundo ele, o conceito de um universo que nasce no interior de um buraco negro de Einstein-Rosen poderia evitar ainda o problema da física atual com o chamado problema da perda de informação dos buracos negros, que afirma que toda e qualquer informação sobre a matéria é perdida quando ela passa pelo horizonte de eventos de um buraco negro - por sua vez, desafiando as leis da física quântica.
Para isso, ele propõe o uso de um sistema de coordenadas euclidianas, chamadas coordenadas isotrópicas, para descrever o campo gravitacional de um buraco negro e para modelar o movimento geodésico radial de uma "partícula de grande massa" no interior desse buraco negro.
Em seu trabalho, Poplawski estudou o movimento radial ao longo do horizonte de eventos (a fronteira de um buraco negro) de buracos negros do tipo Schwarzschild e Einstein-Rosen - ambos soluções matematicamente legítimas da Relatividade Geral. Faltaria agora generalizar mais a sua solução.

Bibliografia:Radial motion into an Einstein-Rosen bridgeNikodem J. PoplawskiPhysics Letters B12 April 2010Vol.: 687, Issues 2-3, Pages 110-113DOI: 10.1016/j.physletb.2010.03.029

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

Objeto cósmico misterioso parece viajar quatro vezes mais rápido que a luz

2010-04-16T10:07:00.000-07:00

Supernova duradoura

Astrônomos da Universidade de Manchester, na Inglaterra, descobriram um novo objeto cósmico que não se parece com nada conhecido até hoje.
De início, quando o corpo celeste surgiu muito repentinamente nos radiotelescópios, em comprimentos de onda na faixa das radiofrequências, os astrônomos pensaram tratar-se de uma supernova.
Mas supernovas perdem o brilho rapidamente, e o novo objeto continua brilhando meses depois de ter sido detectado. "O novo objeto, que surgiu em Maio de 2009, nos deixou coçando a cabeça - nunca vimos nada assim antes", disse o Dr. Tom Muxlow, da Universidade de Glasgow.

Supernovas jovens

A galáxia M82, onde o estranho objeto surgiu, localizada a 10 milhões de anos-luz da Terra, é uma região conhecida como "berço de estrelas", onde novos sóis formam-se em um ritmo espetacular.
Mas muitas dessas estrelas jovens costumam morrer rapidamente, a uma taxa muito elevada, com as gigantescas explosões das supernovas sendo registradas uma vez a cada 20 ou 30 anos.
"O objeto brilhou muito rapidamente, num intervalo de poucos dias, e não mostra nenhum sinal de queda nesse brilho ao longo dos primeiros meses de sua existência. As explosões das jovens supernovas que estávamos esperando ver na M82 brilham em comprimentos de onda de rádio durante várias semanas e, em seguida, vão decaindo ao longo dos meses seguintes." explica o astrônomo.

Velocidade superluminar

Mas a possibilidade de que o novo objeto cósmico fosse uma supernova foi mesmo descartada quando os astrônomos fizeram um acompanhamento preciso de sua posição.
Usando a rede Merlin de radiotelescópios, os cientistas detectaram um movimento aparente do objeto, ao longo de 50 dias, equivalente a mais de quatro vezes a velocidade da luz.
Essas velocidades superluminais não são observadas em remanescentes de supernovas e geralmente só são encontradas em jatos relativísticos ejetados a partir de discos de acreção em torno de buracos negros muito grandes.
O núcleo da M82, assim como o núcleo da maioria das grandes galáxias, deve conter um buraco negro super maciço. O novo corpo celeste está próximo dele, mas a vários arcossegundos de distância do centro dinâmico da M82 - suficientemente longe para tornar improvável que esse objeto esteja associado com o buraco negro desta galáxia.

Ilusão de óptica cósmica

Mas, ainda que não se saiba exatamente no que consiste o novo corpo celeste, é pouco provável que o objeto esteja de fato viajando em velocidades superluminar - é por isso que os astrônomos falam em velocidade aparente.
A explicação mais plausível para o fenômeno é que os feixes de radiação estejam viajando em nossa direção em um ângulo muito pequeno, a uma velocidade que é apenas uma fração da velocidade da luz. Os efeitos da relatividade produziriam um tipo de ilusão de óptica que faz com que o objeto pareça estar viajando a uma velocidade superluminar.

Micro-quasar

Até que novas observações permitam uma melhor análise do objeto, os astrônomos estão chamando-o de microquasar.
Sistemas parecidos têm sido encontrados no interior da Via Láctea na forma de feixes binários de raios X com jatos relativísticos ejetados por um disco de acreção ao redor de uma estrela colapsada, abastecida com material arrancado de uma companheira binária.
No entanto, este objeto é mais brilhante do que qualquer uma dessas fontes já encontrada em nossa galáxia e já está durando meses a mais do que qualquer outro sistema binário de raios X conhecido.
Além de estar situado em uma posição na M82 onde nenhuma fonte variável de raios X foi detectada até agora.
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fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

Buracos negros não são buracos, mas bolhas

2010-04-16T10:02:00.000-07:00

Os buracos-negros são um dos mais instigantes desafios da ciência, e têm ocupado astrônomos e físicos por décadas. Eles já foram a inspiração de romances e filmes, nos quais eram responsáveis por engolir naves espaciais e atirá-las do outro lado do universo ou em outras dimensões. Mas os escritores de ficção poderão necessitar rever suas aventuras. Cientistas do Laboratório Los Alamos (Estados Unidos) apresentaram uma nova teoria para os buracos negros, tão inovadora que começa por rebatizar os distantes e indecifráveis corpos celestes. De autoria dos físicos Emil Mottola e N.M. Pawel Mazur, a nova teoria afirma que os buracos negros não são buracos, mas bolhas negras.

A teoria correntemente aceita explica os buracos negros como o estágio final de uma estrela morta. Quando o hidrogênio em fusão nas estrelas finalmente acaba, sua grande massa e gravidade faz com que elas caiam sobre si mesmas, reduzindo-se a um mero ponto, com uma densidade tão grande que nem sequer a luz consegue escapar de sua gravidade. Daí o termo buraco: tudo o que se aproxima do raio de ação de sua gravidade, literalmente cai em seu diminuto interior. Esse raio de ação é um ponto sem volta, chamado pelos cientistas de horizonte de eventos do buraco-negro. Desse ponto em diante, nenhuma radiação consegue escapar.

Um buraco-negro não pode ser visto diretamente. Sua existência é demonstrada ao se observar a ação de sua gravidade. Mais da metade das estrelas observadas no céu têm uma irmã gêmea. Elas formam o que os cientistas chamam de sistemas binários, no qual duas estrelas gravitam uma em torno da outra. Essa gravitação provoca alterações em suas órbitas e luminosidade. Quando uma das estrela morre e transforma-se em um buraco negro, estas alterações no comportamento de sua irmã gêmea permanecerão. Ou seja, a irmã ainda viva continuará a sofrer as alterações causadas por aquele novo corpo celeste, que deve estar ali, próximo a ela. É assim que os cientistas identificam os buracos-negros: eles encontram uma estrela que sofre a ação de uma irmã gêmea que não está lá. Logo, ali há um buraco-negro. Centenas deles já foram identificados. Mas, pela sua própria natureza, elas nunca poderão ser fotografados. As ilustrações e cenas virtuais que aparecem nos filmes são simplesmente fruto do imaginário artístico.
Segundo os estudiosos norte-americanos, quando a estrela morre, ela realmente "cai sobre si mesma", mas somente até um certo ponto. Deste ponto em diante, a intensa força gravitacional transforma a matéria da estrela em um novo estado, impossível de ser experienciado na Terra.

Mas os cientistas comparam este estado com o condensado de Bose-Einstein, recentemente demonstrado em experiências. O condensado de Bose-Einstein é um estado atingido quando a matéria se aproxima do zero absoluto. Neste estado, o movimento das partículas formadoras do átomo - elétrons, prótons e todas as partículas subatômicas - simplesmente cessa. Sem movimento, todos os átomos passam então a ter a mesma energia ou estado quântico, formando então um super átomo, uma espécie de "matéria original".

Este "certo ponto" até onde a estrela cai sobre si mesma coincide com o horizonte do buraco-negro. O horizonte não seria então uma área no entorno do buraco, mas a própria superfície desse novo corpo celeste, formado por este estado especial da matéria. O mais interessante é que a formação de algo como um átomo único, ou super átomo, não forma uma esfera, mas uma bolha, de superfície extremamente fina, fria e totalmente negra. E mais: virtualmente indestrutível. Saem os buracos-negros, entram as bolhas negras. Ou melhor, entram os GRAVASTAR. Este é o novo nome dado ao corpo celeste por Mottola e Mazur. A palavra é um acrônimo para GRA(vitational) VA(cuum) STAR.
Mas se acaba com a graça dos filmes ao redor dos buracos-negros, a nova teoria apresenta pontos que serão um prato cheio para os escritores de ficção científica.

Tudo o que se aproximar de um GRAVASTAR não será esmagado em um minúsculo centro. Se serve de consolo, ele poderá ser destruído e assimilado pela casca da bolha. A simples menção da palavra "assimilado" já deverá garantir novos roteiros para os escritores mais antenados. Mas os cientistas afirmam que qualquer matéria que se aproxime da superfície do Gravastar poderá também ser reemitida como uma nova forma de energia. Ou seja, há uma forma de se escapar de um Gravastar. Outro ponto que abre caminho para devaneios é o interior da bolha. Tratando-se de um estado da matéria totalmente novo, vácuo não é uma palavra adequada. Seria algo totalmente diferente do espaço-tempo, ou das três dimensões que conhecemos. Sem distâncias, sem tempo. Fascinante, diria Spock.

fonte:www.inovacaotecnologica.com.br

Fótons individuais superam velocidade da luz

2010-04-16T08:17:00.000-07:00

Os fótons são as partículas/onda fundamentais da luz. Assim, seria de se imaginar que a velocidade da luz nada mais seja do que a velocidade dos próprios fótons que a formam.
Mas não conte muito com o óbvio quando entrar pelo reino da física quântica e, sobretudo, esteja preparado para uma esquisitice após a outra - para acelerar os fótons a uma velocidade aparentemente superior à da luz, os pesquisadores colocaram uma camada de matéria à sua frente.

Acelerando a luz

A física quântica teórica prevê que o tempo que a luz leva para viajar através de materiais formados por múltiplas camadas diferentes não depende da espessura do material, como acontece com o vidro, por exemplo, mas da ordem na qual as camadas se sobrepõem para formar o material.
Agora, pesquisadores do Joint Quantum Institute, um grupo virtual de pesquisas dos Estados Unidos, fizeram um experimento que comprova esta teoria.
Eles aceleraram os fótons que atravessavam seu material-sanduíche a velocidades aparentemente superiores às da luz simplesmente adicionando uma camada de matéria estrategicamente colocada para permitir que o fenômeno ocorra.

Ou reflete ou passa

A luz atinge sua velocidade máxima no vácuo, ou no espaço vazio - seu velocímetro atinge exatos 299.792.458 metros por segundo, normalmente arredondados para 300.000 km/s.
Mas essa velocidade diminui sensivelmente quando a luz viaja através de uma substância material, como o vidro ou a água. O mesmo é verdade para a luz que atravessa uma pilha de materiais dielétricos, materiais eletricamente isolantes e que são usados para criar estruturas altamente reflexivas, como os revestimentos de uma fibra óptica ou os espelhos de um laser.
Os pesquisadores criaram pilhas de 30 camadas isolantes, cada uma com 80 nanômetros de espessura, o equivalente a cerca de um quarto do comprimento de onda da luz que as atravessaria.
As camadas alternam materiais com índices de refração altos e baixos, o que força as ondas de luz a se dobrarem ou se refletirem em intensidades variáveis. Quando um único fóton atinge o limite entre as camadas de alto e baixo índices de refração, ele tem uma chance de ser refletido ou de passar.

Velocidade superluminal

Depois de se deparar com todas as interfaces do material-sanduíche, os raros fótons que conseguiram penetrar inteiramente o material gastaram 12,84 femtossegundos (fs) para atravessá-lo - 1 femtossegundo equivale a um quadrilionésimo de segundo.
Os cientistas então adicionaram mais uma camada de baixo índice de refração embaixo da sua pilha. O resultado foi um aumento desproporcional do tempo que a luz viaja pelo material, que passou para 16,36 fs - 3,52 fs por conta da adição de uma única camada, quando seria de se esperar um acréscimo de 0,58 fs.
Da mesma forma, a adição de uma camada de alto índice de refração ao mesmo material inicial com 30 camadas permite um ganho de 5,34 fs, de forma que os fótons individuais parecem emergir do outro lado do sanduíche de 2,6 micrômetros de espessura em velocidade superluminal, ou seja, numa velocidade superior à velocidade da luz.

Propriedades da luz

Segundo os pesquisadores, seu experimento, e seus resultados estranhos, podem ser explicados pelas propriedades de onda da luz.
No experimento, a luz começa e termina a sua existência agindo como uma partícula, um fóton. Mas quando um desses fótons atinge uma interface entre as camadas do material, ele cria ondas em cada uma das superfícies, e essas ondas de luz interferem umas com as outras da mesma forma que as ondas do mar fazem para criar uma correnteza na praia.
Com as camadas de diferentes índices de refração dispostas adequadamente, as ondas de luz se combinam para dar origem ao fóton que surge do outro lado antes do que seria esperado.

Ilusão quântica

Na verdade, o que parece ser uma transmissão da informação quântica a uma velocidade mais rápida do que a velocidade da luz é uma espécie de "ilusão" porque apenas uma pequena parcela dos fótons consegue de fato atravessar o material.
Se todos os fótons da fonte de luz original pudessem ser detectados do outro lado, o resultado assumiria a forma de uma distribuição normal de tempos.
Ou seja, a má notícia é que apenas fótons viajam mais rapidamente do que a luz que eles formam. A própria luz nunca conseguirá fazer isto. Compreendeu?
Outros cientistas, porém, não compreendem dessa forma e acham que é sim possível fazer a luz viajar mais rapidamente do que ela mesma .

Bibliografia:Single-photon propagation through dielectric bandgapsN. Borjemscaia, S.V. Polyakov, P.D. Lett, A. MigdallOptics ExpressFeb. 01, 2010Vol.: 18, Issue 3, pp. 2279-2286DOI: 10.1364/OE.18.002279

fonte: www.inovacaotecnologica.com.br

Luz é capaz de retorcer estruturas rígidas

2010-04-16T08:11:00.000-07:00

Inacreditável

"No início, eu não acreditei. Para ser honesto, levou três anos e meio para realmente descobrir como fótons de luz podem causar uma mudança tão grande em estruturas rígidas mil vezes maiores do que moléculas."
Foi assim que Nicholas Kotov, da Universidade de Michigan, nos Estados Unidos, apresentou o trabalho de sua equipe, que mostra que a luz é capaz de contorcer estruturas rígidas em escalas muito maiores do que se acreditava possível.

Interação entre a luz e a matéria

Que a matéria curva e dobra a luz é algo facilmente verificável. Esse é o mecanismo por trás das lentes comuns e dos óculos polarizadores que estão nos permitindo assistir aos filmes 3-D.
Mas o oposto é um fenômeno raramente observável. Na verdade, ele somente tinha sido observado até agora em escala molecular.
É a força da luz atuando sobre a matéria que permite o funcionamento das pinças ópticas. Feixes de luz têm sido usados para manipular nanoestruturas, para movimentar células vivas e até para aprisionar vírus.
Até mesmo um raio trator capaz de aprisionar moléculas de DNA foi demonstrado, abrindo novos caminhos para os biochips.
Mas o que a equipe do Dr. Kotov levou três anos e meio para acreditar é que a luz é capaz de dobrar e retorcer metais dispostos em feixes rígidos com comprimentos entre 1 e 4 micrômetros - milhares de vezes maiores do que moléculas, vírus ou células.

Luz atuando sobre a matéria

Kotov e seus colegas estavam trabalhando na área dos metamateriais, usados para construir dispositivos de invisibilidade.
Para isto eles estavam criando partículas super quirais - espirais de metais enrolados em nanoescala que podem teoricamente focalizar a luz em pontos menores do que o seu comprimento de onda.
Eles começaram dispersando nanopartículas de telureto de cádmio em uma solução à base de água. Após cerca de 24 horas sob a luz, as nanopartículas reuniram-se autonomamente - um processo conhecido como automontagem - para formar fitas planas, rígidas e bem alinhadas.
Mas, após 72 horas, as fitas resultantes haviam se retorcido e se aglomerado.
Quando o processo foi repetido no escuro, as nanopartículas permaneceram na forma de fitas longas, retas e separadas.
"Nós verificamos que, se fizéssemos as fitas no escuro e depois as iluminássemos, poderíamos ver um processo de torção gradual, que vai aumentando conforme aumentamos a intensidade da luz," explica o Dr. Kotov. "Isso é muito incomum em muitos aspectos."
Depois de muito analisar o processo, eles descobriram que é mesmo a luz que torce as fitas, ao causar uma forte repulsão entre as nanopartículas que as compõem.

Nanomotores de bactérias

Agora que já aceitaram a descoberta e compreenderam seu mecanismo, os cientistas estão tentando tirar proveito dela, embora achem difícil listar todas as possibilidades.
As fitas retorcidas representam uma nova estrutura na área da nanotecnologia. Além dos metamateriais super quirais voltados para os trabalhos de invisibilidade, eles agora estão trabalhando para tentar fazê-las girar, criando nanomotores similares aos usados pelas bactérias.
Embora alguns cientistas estejam tentando domar bactérias e usá-las para movimentar engrenagens, criar um nanomotor baseado em um flagelo sintético parece ser uma abordagem igualmente interessante.
"Estamos fazendo propulsores muito pequenos para se movimentarem através de líquidos - submarinos em nanoescala, se você quiser chamar assim," diz Kotov.
As estruturas em hélice também poderão ser úteis em nanomáquinas acionadas por luz e nos dispositivos microeletromecânicos.
As possibilidades parecem ser realmente grandes, principalmente para essa equipe de pesquisadores, que já criou um plástico transparente tão resistente quanto o aço e uma forma de interligação entre circuitos eletrônicos e neurônios utilizando nanotubos de carbono.

Bibliografia:Light-Controlled Self-Assembly of Semiconductor Nanoparticles into Twisted RibbonsSudhanshu Srivastava, Aaron Santos, Kevin Critchley, Ki-Sub Kim, Paul Podsiadlo, Kai Sun, Jaebeom Lee, Chuanlai Xu, G. Daniel Lilly, Sharon C. Glotzer, Nicholas A. KotovScience12 March 2010Vol.: 327. no. 5971, pp. 1355 - 1359DOI: 10.1126/science.1177218

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