E Fez-se a Luz !…(em ondas de rádio)

“Artistas, sábios e filósofos parecem muito atarefados em polir lentes, como que num grande preparativo para um acontecimento que jamais se produz. Um dia porém, a lente será perfeita, e nesse dia…todo o mundo, estupefato, perceberá…  claramente… – a sua extraordinária beleza”…  (Henry Miller)

history-of-the-universe

Este diagrama mostra a evolução do universo desde o Big Bang até os dias atuais. Não muito depois do Big Bang, a luz das primeiras estrelas dissipou uma névoa de hidrogênio frio, em um processo chamado re-ionização. Mais tarde, os quasares, galáxias ativas com poderosos buracos negros em seus núcleos, bombearam luz ultravioleta suficiente para re-ionizar o hélio primordial. NASA/ESA/A. Feild (STScI)

O universo primitivo passou por sua própria ‘idade das trevas’, antes das primeiras estrelas serem formadas e emitirem sua 1ª luz… – Hoje em dia,  astrônomos tentam iluminá-la, para saber…quando…e de que forma isso aconteceu. – O período de formação das primeiras estrelas…quando elas então começaram a brilhar, é assim chamado ‘era da reionização‘…e, ocorreu…provavelmente… algumas centenas de anos após o “Big Bang”.

Para o astrônomo Judd Bowman, da Universidade do Arizona…e autor de um recente trabalho sobre o assunto:

“Antes dessa época…o universo era feito principalmente de hidrogênio, aproximadamente uniforme… sem luz — numa… idade das trevas“.

Quando leves ondulações desse gás hidrogênio…ao sabor da gravidade, criaram – eventualmente…”densas áreas”… juntando massa suficiente para colapsar em estrelas, e iniciar   a fusão nuclear, a radiação emitida destas estrelas interagiu com o gás hidrogênio residual, entorno delas, excitando átomos de hidrogênio, e expulsando seus elétrons…criando    ‘íons (positivos) de hidrogênio‘.

Nessaépoca de reionização contudo, ninguém ainda sabe, ao certo… os detalhes de como tudo isso aconteceu, ou quando as primeiras estrelas se formaram… — Qualquer evidência é extremamente distante e fraca. Mas agora, uma nova abordagem em ondas    de rádio trouxe luz à trevas Já que a identificação da luz através das 1ªs estrelas e galáxias é tão difícil, Bowman e seu colega Alan Rogers, do MIT (Instituto Tecnológico        de Massachusetts) tentaram uma rota diferente. Eles construíram uma “rádio-antena” chamada ‘Edges‘, implementando aí um “dispositivo próprio” para localizar a emissão      de um sinal de rádio característico (λ=21 cms) do gás de hidrogênio em galáxias.

Desse modo…eles procurariam evidências de como esse sinal poderia ter variado ao longo do tempo … graças ao surgimento do gás ionizado nas galáxias e estrelas em formação. – E eventualmente, quando todo o gás estivesse ionizado – o sinal de ‘hidrogênio neutro teria se apagado.

http://actividadesonline.blogspot.com.br/2011/06/observatorio-chandra-da-nasa-descobre.html

Ilustração da ‘reionização’, numa linha de tempo resumindo a evolução do Universo (da esquerda para a direita), com o Big Bang à esquerda e a idade do Universo até cerca de 2 bilhões de anos (à direita). A imagem mostra que a “névoa” cósmico de hidrogénio (sem carga) neutro, que preenchia o Universo primitivo, é iluminada pelos primeiros objetos a emitir radiação – Crédito: NASA/CXC/M.Weiss

Segundo os pesquisadores – a experiência foi projetada para descobrir se a formação das estrelas foi rápida, ou não. Como eles não detectaram qualquer alteração, isso significava que demorou cerca de 3 a 12 milhões anos para as galáxias, e as estrelas se formarem, e a reionização ocorrer. – Estando a medição em consonância com a maioria dos modelos de universo primitivo, ajudou a descartar algumas suposições marginais. Para Bowman:

“O trabalho é muito recente, e as teorias principais ainda estão por ser testadas… – mas, o importante foi demonstrar que o método funciona”.

texto base: [livescience] (dez/2010) ‘Pesquisa com ondas de rádio pode dizer quando a luz começou no universo’ ## Cosmic Heat Wave Caused Patchy Galaxy Formation (ilustração) ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

‘Ruído Cósmico Desconhecido’ (em microondas)                                                                “O universo nos pregou uma peça… – ao invés do sinal fraco que esperávamos medir, detetamos um ruído 6 vezes mais intenso do que o previsto, e até agora, inexplicável”.

arcade-roen-kellyUm experimento a bordo de um balão estratosférico da NASA…detectou um misterioso sinal cósmico em frequências de rádio – que está deixando intrigados cientistas da comunidade mundial. A descoberta foi anunciada nesta quarta-feira (07/01) durante a 213ª Reunião da Sociedade Astronômica Americana, em Long Beach, Califórnia (EUA) – por Alan Kogut… e Michael Seiffert — pesquisadores que participaram   do experimento… A equipe do ‘ARCADE‘ (Absolute Radiometer for Cosmology, Astrophysics & Diffuse Emission’) detetou o sinal – ao realizar medidas do    céu em microondas – à procura da energia emitida pelas primeiras estrelas a se formarem no universo.

2 pesquisadores brasileiros participaram do projeto…Thyrso Villela… diretor da Agência Espacial Brasileira (AEB), e Alexandre Wuensche…do grupo de Cosmologia do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE). A contribuição brasileira se deu no incremento    de componentes de microondas utilizados pelo ‘ARCADE’ … – como assim relata Villela:

“Em 2005… os componentes feitos em São José dos Campos (SP)  foram incorporados ao ARCADE.  O controle de erros instrumentais – em alta precisão… e a sensibilidade do instrumento – permitiram essa deteção”.

Segundo Villela, a descoberta surpreendeu a todos, ao demonstrar que a ciência ainda não compreendeu a natureza da maneira como acreditávamos entender…necessitando sempre aperfeiçoar os modelos empregados…para melhor explicar fenômenos naturais… A equipe esperava encontrar ‘sinais de rádio‘ produzidos por estruturas em formação… – de acordo com os atuais modelos de origem e evolução do Universo. Ao invés disso os pesquisadores mediram um sinal 6 vezes mais forte…algo não explicável…pelos modelos físicos vigentes.

“O grande problema é que não existem ideias que possam explicar, de forma objetiva, sua origem. Supomos que as 1ªs estrelas ao se formar possam ter criado BNs – e emitido esse sinal…mas ainda não fizemos         as contas para verificar…se algo assim…poderia explicar esse ruído”.

Ao se darem conta desse estranho fenômeno, várias possibilidades de erro foram levadas em consideração, entre elas…recalibrar os instrumentos, e refazer os cálculos…pensando em outras hipóteses que o explicassem. – E pensando mais alto…Villela assim concluiu…

“Entender como essas estruturas se formaram no universo primordial, pode ser uma nova pista para explicar o funcionamento da natureza”.

A “RCFM”e o ‘Ruído desconhecido

A imensa maioria dos objetos cósmicos…emite ondas de rádio. O Universo – como um todo, é permeado por um sinal residual do “Big Bang”. Esse sinal residual, conhecido como ‘Radiação Cósmica de Fundo em Microondas’, consta em frequências de rádio e microondas. – Em 1931,    o físico Karl Jansky (1905-1950) detectou pela  1ª vez um ruído estático em rádio provindo da própria “Via Láctea“…Ele foi redescoberto em 1965, por Arno Penzias e Robert Wilson… que por isso, receberam o Nobel de Física de 1978.  Porém, não existe nº suficiente de galáxias no universo…que justifique a intensidade 6 vezes maior do que a produzida pela “RCFM”…Para Dale Fixsen, um dos pesquisadores do estudo:

“As galáxias teriam que estar…praticamente…coladas umas às outras… — sem qualquer espaço entre elas, para que o sinal dessas fontes pudesse ser medido com tal intensidade. Desse modo…o sinal emitido pelas 1ªs estrelas encontra-se submerso nesse novo ruído de fundo cósmico… – e… sua deteção passa a ser uma tarefa ainda mais complicada”.

A identificação e estudo do sinal das primeiras estrelas, podem trazer pistas importantes sobre o processo de formação das galáxias quando o Universo tinha menos da metade de sua idade, e melhorar o nosso entendimento sobre como as fontes de rádio evoluíram no universo primordial. Contudo, o ruído detectado pelo “ARCADE” não pode ser atribuído     a nenhum dos sinais conhecidos…Já foram descartadas hipóteses de emissão de estrelas primordiais, de fontes cósmicas de ondas de rádio conhecidas, bem como do gás contido no halo da nossa Galáxia…de modo que a origem do sinal tornou-se um grande mistério.

“Isso é o que faz a ciência ser tão empolgante; tenta-se medir a energia emitida                pelas 1ªs estrelas que se formaram no Universo; mas, ao invés disso, encontra-                se algo completamente novo… e inexplicável”. (Michael Seiffert — JPL / NASA)

http://www.nasa.gov/centers/goddard/news/topstory/2009/arcade_balloon.html

lançamento do ‘Arcade’ – NASA

Especificações técnicas

O ‘Arcade‘ é um experimento de astrofísica do Goddard Space Flight Center – NASA, do qual participam o ‘Jet Propulsion Laboratory’ (JPL), assim como as Universidades de Maryland…da Califórnia…e o Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE) de São José dos Campos/SP.  Foi ‘projetado‘ para testar possíveis desvios da temperatura de 2,7ºK da RCFM causados… ou, por decaimento de partículas primordiais… ou, por injeção de energia no universo…produzida pela primeira geração de estrelas pós Big Bang.

O ‘ARCADE’ foi lançado a bordo de um ‘balão estratosférico’ em julho de 2006, de Palestine, Texas (EUA), operando por algumas horas…a cerca de 36 km de altitude – para evitar influências atmosféricas em suas medidas…ao estudar o céu em radiofrequências (na faixa de micro-ondas entre 3 e 90 giga-hertz). A imersão de seus detetores em aproximadamente 2 mil litros de Hélio líquido, permitiu      ao instrumento operar a aproximadamente 2,7ºK acima do zero absoluto (ou seja… na temperatura da RCFM). […uma curiosidade — corresponderia esse “ruído misterioso”, ao fundo de ondas gravitacionais!?…]  texto base 1 (jan/2009) texto base 2 (fev/2009)

p/consulta: ‘NASA Balloon Mission Tunes in to a Cosmic Radio Mystery  # “ARCADE”  *********************************************************************************

Um forte sinal de ‘mudança’ dentro da “Madrugada Cósmica” (fev/2018) Astrônomos podem ter observado, ainda que indiretamente, o alvorecer estelar do universo…junto a algumas novas evidências sobre propriedades da matéria escura.hubble_ultradeepfield              Os telescópios são, e sempre foram…máquinas do tempo. Eles nos transportam não apenas ao longo do espaço, mas através de eras, nos mostrando a luz de estrelas, há    muito mortas…e o brilho de explosões cósmicas… – ocorridas bilhões de anos atrás. Podemos ver galáxias tão distantes…que a sua luz tem viajado desde antes da Terra            se formar, para então agora recebê-la… – E enxergamos a luz do próprio ‘Big Bang’, refletida no fundo cósmico de microondas, um clarão que chega até nós de todas as direções do espaço, agora representado pela tênue luminosidade de um tempo…em        que o cosmos se encontrava totalmente inundado, por uma radiação e calor brutais.

Nessas últimas duas décadas…os astrônomos mergulharam em busca de uma época da história cósmica simultaneamente envolta em escuridão, e ofuscada por demasiada luz.    A era do “Alvorecer Cósmico” – com as primeiras estrelas nascendo…e sua luz, aliada a dispersos fótons de fundo, impregnando a densa neblina do “hidrogênio neutro”… com efeito, deveria ser inobservável. Estrelas individuais àquela altura, nunca poderiam ser visíveis…já que o hidrogênio neutro absorve a ‘luz estelar‘, com surpreendente eficácia.

A esperança seria enxergar o próprio hidrogênio neutro… retro-iluminado pelo “fundo cósmico de microondas”, estimulado a absorver essa radiação numa faixa particular de ‘frequência de rádio’. — O problema é que essas mesmas frequências…são utilizadas pelas rádios FM… comunicações via satélite e TV digital, ou seja, as mais congestionadas no ‘espectro’. E pior ainda, nossa própria galáxia…a ‘Via Láctea‘ cria uma cacofonia de rádio mais estridente…que ‘show de rock’.

Ainda assim somos cientistas, e os mistérios do universo estão bem aí, apenas esperando as melhores condições de, enfim serem descobertos.        E, com toda a perseverança possível… nós precisamos acreditar nisso.

E então, o anúncio hoje de que uma equipe de astrônomos conseguiu…após 12 anos de grande persistência, capturar o tímido despertar luminoso das estrelas no universo em      seu estado primordial…representa uma conquista surpreendente – em vários sentidos.    Se for confirmado o trabalho hercúleo da cooperação “EDGES“, instalando sua antena      de rádio em um trecho isolado do deserto australiano, testando e calibrando inúmeras vezes seu exótico dispositivo…na tentativa de surpreender aquele longínquo “sussurro cósmico” (micro-sinal irregular de absorção dentro de amplo espectro de rádio) será a        observação astronômica mais distante já realizada; logo após o “fundo de microondas”.

É a indicação inicial de qualquer tipo de estrutura no Universo…e uma janela aberta aos processos que levaram todo aquele amorfo gás de hidrogênio sob gravidade, a se… “condensar”… em estrelas, galáxias, e eventualmente…vida. É também o primeiro indício da formação de “buracos negros”… quando gás e poeira capturados criam redemoinhos tão quentes, que irradiam em raios X. Então, o ínfimo sinal de absorção do hidrogênio neutro (HI) estimulado pela primeira luz estelar, é novamente encoberto…agora sob a ionização dos raios X de buracos negros primordiais.

A forma dessa cavidade de absorção – a inclinação descendente esculpida pelas estrelas, a ascendente pelos raios x dos buracos negros, tem sido repetidamente modelada e prevista, em todas possibilidades imagináveis… E se as estrelas fossem um pouco mais massivas do que pensávamos? E se estivessem mais quentes? E se os buracos negros fossem um pouco menos eficientes?…Mas, mesmo assim, o sinal encontrado pela equipe do “EDGES” teima em não se parecer com os modelos… – Isso acarreta numa surpresa…e outro mistério. Ou seja, o “buraco” é ainda mais profundo… – E esse pequeno sussurro…é mais que um grito.

Existem apenas…2 maneiras de um sinal de absorção, sob a radiação de fundo ser mais forte que o esperado. – Uma, é considerando a…’radiação’, mais brilhante, do que então pensávamos… (Já havia sido detetado um…’desconhecido fundo de rádio’, porém…não nessas frequências…e assim, não sabíamos o que poderia causar tal “ruído de fundo” no nascimento das 1ªs estrelas).

A outra possibilidade, é que o gás estivesse mais frio do que o calculado, absorvendo assim mais luz de fundo. Até onde sabemos… só havia uma coisa, àquela época, mais fria que o hidrogênio neutro: matéria escura.

Nunca havíamos vimos, de nenhuma maneira, a matéria escura interagir com o gás, exceto pela gravidade, e a gravidade sozinha…não consegue resfriar o gás dessa forma…Todo tipo de evidência que temos até agora para a existência de “matéria escura” vem do modo como sua gravidade move estrelas e galáxias, ou dobra o próprio espaço…Temos boas evidências de sua presença… – ajudando a construir galáxias por atração gravitacional…e, modelando muito mais o universo, do que a própria matéria normal bariônica – mas, ainda não temos nenhuma evidência de sua “interação” com esta – a ponto de provocar seu “resfriamento”.

Se esse sinal está realmente detetando um novo tipo de interação da ‘matéria escura’, além da primeira confirmação tangível de sua…”presença”… significa também uma espetacular confirmação de que a matéria escura se trata de um componente real e tangível do cosmos.

Mas não vamos ‘estourar a champanhe’ ainda…Como astrônomos, aprendemos a ser cautelosos. Sinais extraordinários, de novas físicas emergentes do universo primordial são fáceis de nos animar, mas estamos vacinados…Este é apenas um experimento solitário, de uma antena de rádio, num deserto empoeirado, faltando ainda um cuidadoso cruzamento de dados para um exitoso desfecho. Mais experimentos estão a caminho. Em apenas alguns anos, meia dúzia de outros grupos poderão confirmar ou contradizer os resultados da EDGES, e então a interpretação de seu significado em relação à matéria escura…será calorosamente debatida, por meses e meses.

Pessoalmente, espero que o argumento se sustente…e que, realmente o Universo esteja nos dizendo algo de novo, e incrível, que teoricamente nos indique direções totalmente inesperadas. Saberemos em breve. Enquanto isso, nós astrônomos continuaremos com        o que sempre fizemos…construindo novas máquinas do tempo, para ver onde podemos chegar. (texto base) ************** (Michel Serres – ‘O 3º Instruído’) ****************    “Perder calor…é condição necessária para que um sistema funcione… – significa que o sistema não entrará em colapso. – Portanto, ser um…’sistema aberto‘…é condição de existência para o sistema… – Na comunicação, os elementos essenciais são … um canal      de comunicação, e sua mensagem. – Aliado a isso, em toda comunicação há ruído, que inutilmente se tenta tirar … fechando o sistema … tentando se fazer uma comunicação     sem perdas. Porém, para que haja comunicação o ruído é essencial … é o ‘3º elemento’. Buscar um sistema de comunicação sem ruído … como a filosofia tentou fazer – a base de sistemas puramente formais – é escravizar-se na razão…fechando-se em si mesmo”.  *****************************(texto complementar)*******************************

Estetoscópio espacial ouve música das estrelas – (nov/2008)                                        A partir de dados obtidos pelo satélite francês Corot, um grupo de cientistas mediu pela primeira vez, vibrações físicas características da superfície de 3 estrelas próximas…Até agora…as “oscilações acústicas“… – cuja descoberta possibilitou os recentes estudos sobre a estrutura do interior do Sol, ainda não haviam sido medidas em outras estrelas.

Os resultados do estudo foram publicados em matéria de capa… da revista “Science”, sendo que 2 astrônomos brasileiros estão entre os autores do artigo…são eles…José Renan de Medeiros — professor de Física, da UFRN… e, Eduardo Janot Pacheco, do ‘IAG-USP’… coordenador da participação brasileira no projeto. Segundo eles – as 3  estrelas observadas revelaram oscilações 1,5 mais fortes que a do Sol, e granulação 3 vezes mais fina… – (dados importantes ao estudo da evolução estelar, só obtidos graças à alta sensibilidade…do “Corot“).

“Sismologia estelar”                                                                                                                    “Estrelas se comportam como instrumentos musicais, produzindo e propagando ‘ondas ressonantes’, que provocam alterações periódicas em suas propriedades características”.

Assim como os sons emitidos por um instrumento dependem das características da cavidade na qual as ondas sonoras se propagam… as ‘notas’ emitidas pela estrela —         que são seus modos próprios de oscilação, estão relacionadas com seu interior… As oscilações então, refletem o que se passa para além da superfície estelar. missão    Corot foi lançada em 2006, com 2 finalidades principais… — a) localizar … fora do Sistema Solar planetas em condições semelhantes à Terra que possam abrigar vida;          b) estudar a estrutura e evolução das estrelas; isto é, a ‘sismologia estelar‘, onde        aliás o grupo brasileiro se faz particularmente presente em aspectos de tratamento,              e interpretação de dados. Conforme Medeiros, as oscilações produzidas no interior      estelar pelo movimento do plasma, só haviam – até então…sido observadas no Sol.

“Agora, pela 1ª vez foram medidas em estrelas mais quentes e                                              mais antigas – onde telescópios terrestres serviram de base…                                                numa precisa definição de seus “parâmetros físico/químicos”.

Campo magnético & evolução estelar                                                                                    “A filosofia da ‘missão Corot’ é descrever a história da ‘evolução estelar’. Para isso…as estrelas devem ser observadas em diferentes fases. Essas 3 são mais quentes e antigas que o Sol…mas, serão observadas também estrelas mais jovens… e muito mais velhas. Isso fornecerá elementos – para deduções sobre a ‘história evolutiva’ … do nosso Sol”.

Além das “oscilações”, foram detetadas “granulações na superfície dessas 3 estrelas; um outro fenômeno, até agora apenas conhecido no Sol. A granulação, de acordo com Medeiros…é um reflexo      de movimentos convectivos no interior      do plasma solar… que também fornece indícios…sobre a natureza do “campo magnético” da estrela…e seu interior. 

A fotosfera solar apresenta grânulos brilhantes rodeados por contornos mais escuros, com cerca de 700 kms de diâmetro… – A ‘granulação solar’ é formada no topo da ‘zona convectiva‘… – região em que massas de gás quente … como ‘células de convecção‘, crescem…e transportam a energia que será dissipada na fotosfera. – Com o esfriamento,    os gases voltam a descer para o interior solar… De acordo com o professor da UFRN, os resultados representam não só um marco da sismologia estelar – mas…de uma série de novas descobertas…

“Fotometria estelar”                                                                                                                    “O telescópio observa a estrela e registra flutuações na luminosidade da sua superfície. Como tem performance notável – pode detetar variabilidade luminosa…com excelente precisão. Desse modo, podemos concluir se o fenômeno é de granulação, ou oscilação”.

Um dos principais aspectos desse estudo…é que ele aponta para a “universalidade” dos fenômenos físicos já observados no Sol. Isto, por si só…já é um grande passo, pois ao se desenvolvem teorias é preciso ter as chamadas ‘condições iniciais‘… ou condições de contorno. – E, segundo Medeiros…estas condições estão sendo encontradas a partir de medições com precisão inédita…O que tornará futuras teorias muito mais consistentes.    Os resultados serviram também para confirmar a extrema precisão do Corot. Os dados utilizados nesse estudo foram obtidos nos primeiros 150 dias de observação do satélite.     Os resultados tiveram tanto impacto… — que a coordenação global da missão resolveu ampliar as observações – que seriam, inicialmente, de 1 ano e meio… – para 36 meses.

O método utilizado para obtenção dos dados baseia-se na técnica da fotometria estelar. A estrela HD49933 foi observada por 60 dias seguidos…As estrelas HD181420 e HD181906 foram acompanhadas por 156 dias cada uma, ininterruptamente… – Para o caso dessas 3   estrelas – com as medidas durando vários meses… foram criadas condições para termos informações com um detalhamento sem precedentes.  (“Ouvindo a Música das Estrelas”) ***********************************************************************************

radiotelesccopioObservando ondas de rádio (abril/2014)

No processamento…ou transmissão de dados, converta…qualquer coisa em luz…e, você terá:  processamento bem mais rápido…muito mais armazenamento de dados por canal, e energia gasta bem menor. Isto mostra…a importância da inovação criada por físicos da Copenhague University…Uma membrana capaz de detetar sinais de rádio bem fracos, e convertê-los em sinais de luz…transmissíveis por fibras óticas.

O coração do dispositivo é uma antena, conectada a um capacitor… – Uma das placas do capacitor traz uma membrana de nitreto de silício…com 500 micrômetros de diâmetro e 200 nanômetros de espessura recoberta por uma camada reflexiva de alumínio. Quando    o capacitor recebe ondas de rádio em sua frequência ressonante…a membrana começa a vibrar. – Quando um laser é então dirigido sobre a membrana…tais vibrações produzem uma interferência em sua luz…que pode ser medida por meio de técnicas óticas comuns.

“Desta forma, convertemos um sinal de rádio, detetado pela antena,          em um sinal ótico”disse o professor Eugene Polzik, líder da equipe.

Detetar sinais de rádio muito fracos é o problema de muitas tecnologias modernas… aí podendo incluir a navegação por satélite, e comunicações de longa distância… Quando receptores de rádio tradicionais captam ondas muito fracas, o ruído relacionado com o calor pode distorcer o sinal… Mas, se os sinais de rádio são convertidos numa vibração mecânica ressonante…o efeito aleatório do calor torna-se insignificante. – Assim, a luz capta as “ondas de rádio”…sem o ruído…que interfere nos receptores de rádio comuns.

Isso hoje já é feito nos radiotelescópios e nos aparelhos de ressonância magnética — mas utilizando aparatos criogênicos resfriados por hélio líquido… – Já o novo conversor está instalado em um chip de 0,5 x 0,5 mm que funciona a temperatura ambiente. texto base  ************************************************************************************

‘oscilações acústicas ressonantes’
O aglomerado globular M4, situado a 7,2 mil anos-luz de distância da Terra, perto da constelação do Escorpião…é um dos acúmulos de estrelas mais antigos da Via Láctea.

The globular star cluster Messier 4

Esta imagem do Wide Field Imager, montado no telescópio MPG/ESO de 2,2 metros instalado no Observatório de La Silla, mostra o aglomerado globular Messier 4. Este enorme grupo de estrelas antigas na constelação do Escorpião, é um dos aglomerados globulares mais próximos, e vizinho da brilhante estrela vermelha Antares. [Crédito: ESO]

Um grupo de astrofísicos da “Birmingham University”, na Inglaterra, encontrou uma maneira de registrar os sons emitidos, por alguns dos mais antigos componentes…da “Via Láctea” – conforme estudo divulgado pela…Real Sociedade Astronômica… Os dados foram obtidos da “missão Kepler-2” da NASA – onde em 8 gigantes vermelhas do aglomerado M4… com idade calculada em…13 bilhões de anos… foram detetadas “oscilações acústicas ressonantes”. – Para obter os sons — empregou-se a técnica da  astrossismologia, no estudo interno da estrutura das estrelas…pela interpretação dos espectros das ‘oscilações ressonantes’ produzidas, que seriam responsáveis por breves…”pulsos brilhantes”… produzidos quando…”ondas acústicas” interagem na estrela com sua própria estrutura interna.

O que eles fizeram foi ouvir as notas de uma espécie de coro estelar criado pelas oscilações, e a partir dessas informações, estimar a idade e a massa das estrelas. – Esta técnica estuda as oscilações periódicas das superfícies das estrelas, que são objetos fluidos, vibrando com certos períodos naturais. Tais oscilações produzem mudanças diminutas…como pulsos na luminosidade, causados pelo som registrado dentro das estrelas. – Medindo os tons dessa “música estelar” se torna possível, então… – determinar a massa e a idade de uma estrela.

De acordo com os pesquisadores, estas estrelas são verdadeiros ‘fósseis vivos‘, da época    da formação da Via Láctea… – e por isso, a observação delas pode ajudar a explicar, por exemplo, como galáxias em espiral como a nossa se formaram e evoluíram…Ou seja, da mesma forma que arqueólogos podem revelar o passado … escavando a terra, podemos usar o som do interior das estrelas para realizar “arqueologia galática”… – auscultando algumas das “relíquias estelares” de nosso obscuro universo. (texto original) (consulta*********************************************************************************

Rádio quântico pega a estação mais fraca do Universo                                  Pesquisadores da Universidade de Tecnologia de Delft, Holanda, criaram um circuito capaz de detetar o mais fraco … sinal de rádio” … permitido pela mecânica quântica.

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Este chip quântico é o rádio mais sensível que se pode construir. [TU Delft]

Fracos “sinais de rádio” não são um problema apenas para quem tenta encontrar sua estação de rádio favorita ou ouvir música sem chiados, mas também aos escâneres de…’ressonância magnética’ (MRI) nos hospitais…e telescópios que vasculham…o universo… — em diferentes comprimentos de onda. Usando a previsão da mecânica quântica para a energia, Mario Gely,    e colegas desenvolveram um circuito capaz de detetar em sinais de radiofrequência “quanta”    de energia…basicamente, detetando ondas de rádio no nível quântico…menor nível possível.

Para levar a deteção de radiofrequências ao seu limite…Mario demonstrou a deteção de fótons individuais ou quanta de energia, os sinais mais fracos permitidos pela teoria da mecânica quântica. – O circuito é essencialmente um qubit supercondutor, semelhante aos usados em algumas versões de computadores quânticos. – Na faixa de gigahertz foi possível observar a quantização de um “ressonador” de frequência de rádio megahertz, resfriado para o estado fundamental. Liberando o controle do ressonador, observou-se    sua “retermalização”, com resolução de nanossegundos. Então, foi estendido o circuito      de eletrodinâmica quântica ao regime de megahertz – permitindo assim…a exploração termodinâmica…na escala quântica – e o interfaceamento de circuitos quânticos…com sistemas megahertz…como sistemas de spin, ou osciladores mecânicos macroscópicos.

Superposição do espaço-tempo

Este novo circuito abre as portas para possíveis aplicações futuras, em áreas como radioastronomia e medicina, mas também terá usos mais fundamentais. Além das aplicações em “sensores quânticos“, o grupo está interessado em levar a mecânica      quântica ao ‘nível gravitacional da…“massa”… – como assim explicou Mario:

“Utilizando nosso…’rádio quântico‘…queremos tentar ouvir e controlar as vibrações        quânticas de objetos pesados, e explorar experimentalmente o que acontece quando      você mistura a mecânica quântica…com gravidade. – Tais experimentos são difíceis,      mas, se bem-sucedidos, poderão testar a capacidade de se construir a “superposição quântica do próprio espaço-tempo“, aplicando um novo conceito, que testaria nossa compreensão tanto da mecânica quântica quanto da relatividade geral.” (texto base******************************************************************************

Um novo rádio, capaz de detectar todas as estações do Universo (ago/2019)          Combinando a capacidade de detetar simultaneamente uma ampla faixa de frequência      de ondas de rádio cósmicas — e dispersá-las em diferentes frequências — o aparelho demonstrou sua capacidade única de medir distâncias até os objetos mais remotos – e assim… – mapear as distribuições de várias moléculas, em nuvens cósmicas próximas.

deshima

Os sinais de rádio coletados pelo telescópio são injetados na antena no chip (à esquerda) e se propagam até o banco de filtros (direita), onde os sinais com frequências específicas são extraídos por cada filtro. [DUT]

Pesquisadores construíram um novo tipo de receptor de rádio que está se mostrando a ferramenta ideal para ouvir as estrelas. Batizado pela sigla “DESHIMA” – que significa Mapeador Espectroscópico Profundo de Elevado Desvio para o Vermelhoo novo rádio foi construído, levando em consideração o desvio para o vermelho (‘esticamento’    do comprimento de onda da luz que viaja até nós — devido à expansão do Universo).

Rádio espectroscópico

“O DESHIMA é um tipo completamente novo de instrumento astronômico, com o qual poderemos construir um mapa 3D do Universo primitivo”, disse Akira Endo…da “Delft Universidade de Tecnologia” (Holanda). A singularidade do “rádio espectroscópico”…é    poder dispersar a ampla faixa de frequências das ondas de rádio, captadas do Universo  em diferentes frequências, capturando uma banda larga, e distribuindo as frequências,    de modo a permitir que sejam estudadas individualmente. – Sua largura de frequência instantânea (332-377 GHz) é mais de 5 vezes maior, que a dos receptores do…”ALMA“.

Dispersar ondas de rádio cósmicas em diferentes frequências significa fazer espectroscopia, uma técnica usada para extrair várias informações sobre o                      Universo…Como diferentes moléculas emitem ondas de rádio em diferentes                      frequências… as observações espectroscópicas nos informam a composição                        dos objetos celestes… — Além disso — como a expansão cósmica diminui as                        frequências medidas…medir o desvio da frequência em relação ao daquela                      original … nos fornece as distâncias — até os corpos celestes mais remotos.

Embora a espectroscopia esteja por trás de avanços como o telescópio virtual do tamanho da Terra e a primeira imagem de um buraco negro, colocar tudo isso num único aparelho, exigiu o desenvolvimento de uma nanotecnologia inovadora. Akira Endo e seus colegas desenvolveram um circuito elétrico supercondutor, chamado…”banco de filtros”…onde as ondas de rádio se dispersam em várias frequências, similar a uma correia transportadora,  em um centro de distribuição, que manda as mercadorias para seus diversos destinos. No final dos…”transportadores de sinais” sensores especiais, denominados detetores de indutância cinética por micro-ondas (MKID) detetam os sinais individuais. O ‘DESHIMA’  é o primeiro instrumento do mundo a combinar essas duas tecnologias – num único chip.

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Distribuição de moléculas CO, HCN e HCO+ na Nebulosa de Órion, provando a capacidade do equipamento em medir várias assinaturas de substâncias numa observação.

Quando astrônomos tentam detectar a emissão de rádio de um objeto remoto, a uma distância desconhecida…varrem certa faixa de frequências utilizando receptores de rádio convencionais com largura de banda estreita; repetindo as observaçõespara cada frequência. Já o DESHIMA simplifica as observações, com banda larga permitindo mapas de galáxias distantes… por exemplo.  ************(texto base)*************

O “alvorecer cósmico” ao som de ‘oscilações acústicas bariônicas’ (out/2019) Aproximadamente 370 mil anos depois do…Big Bang…o universo esfriou o suficiente,      para permitir que prótons e elétrons se combinassem…formando átomos de hidrogênio neutro (o átomo mais comum no Universo). Antes disso, estas partículas constituíam      um plasma quente – no qual se propagavam ‘ondas de pressão…criadas no interior das condensações de ‘matéria escura’, se formando. Essas ondas geradas pela interação dos átomos (matéria bariônica) com a radiação, se chamam oscilações acústicas de bárions”.

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Simulação de uma fatia do mapa de 21 cm durante o cosmic down, onde manchas azuis e vermelhas (absorção e emissão de 21 cm) são basicamente separadas por 150 Mpc, o comprimento da régua padrão. [Julian Muñoz]

Nossa compreensão atual da físicasugere que existem 2 tipos principais de matéria no universo, conhecidas como matéria escura e bariônica. A ‘matéria escura’ é composta de material que não pode ser observado diretamente…pois não emite luz ou energia. – Já a matéria bariônica se compõe de matéria atômica normal, incluindo prótons, neutrons e elétrons. Em contraste com a matéria escura, a matéria bariônica pode interagir com os fótons, dando origem ao que é conhecido como “oscilações acústicas bariônicas” (BAOs),    que são essencialmente flutuações na densidade do meio causadas por ‘ondas acústicas’.

Ao produzir BAOs, estas mesmas interações também geram velocidades relativas supersônicas entre a matéria escura e os bárions… Sabe-se que essas velocidades, dificultam a formação das “estrelas primordiais” no “cosmic dawn” pós Big Bang,          quando as 1ªs estrelas e galáxias surgiram – modulando assim…o sinal esperado          dessa específica era… Num memorável estudo dividido em 2 partes, um físico da Universidade de Harvard mostrou recentemente que essa modulação de sinal            assume a forma de “oscilações acústicas induzidas por velocidade” (VAOs)…que,              por sua vez poderiam fornecer valiosas informações sobre a era…”cosmic dawn”.        Julian B. Muñoz — o pesquisador responsável por esse estudo… — explicou que:

“A ideia de que ‘matéria escura’ e ‘bárions’ possuem uma velocidade relativa tão grande existe desde 2010. De fato, naquele ano, outros pesquisadores já haviam percebido que essa velocidade relativa teria um grande impacto na formação dessas 1ªs estrelasque, embora não possamos enxergá-las diretamente, pois estão muito distantes e apagadas, podem ser detetadas indiretamente, através da linha espectral de 21 cm do hidrogênio”.

Quando Muñoz começou a trabalhar em seu projeto, ele inicialmente queria implementar os efeitos da velocidade relativa usando um código de simulação público, conhecido como 21cmFAST, que é uma “ferramenta padrão” usada pelos astrofísicos para entender o sinal cósmico de 21 cm do Hidrogênio. – Ele então apresentou os resultados dessas simulações em um artigo publicado na “Physical Review D“. – E sobre esse assunto, Muñoz comenta:

“Ao conduzir minhas simulações…percebi que a adição de velocidades produz efetivas oscilações acústicas (VAOs) induzidas por velocidade no sinal de 21 cm, com a mesma origem das oscilações acústicas bariônicas (BAOs) a que estamos acostumados – mas,      que…contudo, são produzidas por velocidades relativas, e não variação de densidades.  Tais VAOs imprimem a escala acústica de bárions de 150 Mpc, nos mapas do espectro      de 21 cm… – os quais podem então ser empregados…​​ como um tipo de régua padrão”.

Posteriormente, em um novo artigo publicado na “Physical Review Letters” – Muñoz introduziu a ideia de que os VAOs resultantes do acoplamento de matéria bariônica e fótons produzem o sinal de 21 cm, oscilando espacialmentenum período conhecido        de 150 Mpc (cerca de 450 milhões de anos-luz)…Ele então sugere que… conhecidas a forma e características dessas oscilaçõeselas próprias podem ser usadas como uma espécie de régua padrão para que possamos medir o tamanho do universo durante            o “cosmic dawn(isto é…1 quarto de bilhão de anos após o fenômeno do Big Bang).

A ideia introduzida por Muñoz é no mínimo fascinante pois os astrofísicos atualmente não têm outra maneira para acessar essa específica época cósmica. Assim, essa medida… ou ‘régua padrão’, seria a 1ª do tipo, abrindo novos horizontes a estudos alusivos ao sinal de 21 cm – como o “HERA” (hydrogen epoch of reionization array).

O ‘projeto HERA’ é uma colaboração astrofísica entre pesquisadores de várias instituições com o objetivo de construir um telescópio para detetar, com uma boa margem de precisão a época da “reionização” através da assinatura do espectro de energia do hidrogênio então deslocado para o vermelho (redshift). Um objetivo adicional deste projeto será a coleta de dados que possam ampliar o saber atual sobre o ‘cosmic dawn’. – Assim, segundo Muñoz:

“Um dos objetivos do projeto… é incluir as velocidades relativas no código público de 21 cm (21cmFAST), pois todas previsões no ‘cosmic dawn’ são por elas alteradas. Isso seria necessário para entender o sinal de 21 cm, que esperamos seja detetado proximamente.”

Para Muñoz, a modulação induzida pelos VAOs é um fenômeno interessante por si só,        à medida que a ‘física acústica dos bárions’ é impressa na distribuição das 1ªs estrelas,        e portanto, nos mapas de 21 cm. Sendo assim…essas velocidades podem fornecer uma confiável régua padrão durante o ‘cosmic dawn’. – E sobre isso, afirma o pesquisador:

“Medir o tamanho do universo na ‘madrugada cósmica’ seria emocionante,                           pois esta época está a meio caminho entre o fundo cósmico de microondas                   (CMB) e o universo local; fonte de discordância das medições do tamanho                           do universo (a famosa…tensão H0, entre supernovas e dados da CMB) “.

Em breve, a colaboração HERA começará a coletar dados vinculados ao sinal de potência de 21 cm emitido na “madrugada cósmica”. Assim que esses dados estiverem disponíveis, poderão ser usados ​​para medir a taxa de expansão do universo neste período, uma época que até agora permanece misteriosa, devido à falta de ferramentas para sua investigação. Quando isso acontecer, as ideias de Muñoz podem ser de extrema valia, pois destacam o possível uso de VAOs como… “régua padrão”… – durante essa intrigante ‘era primordial’.

Mas, apesar de tudo, alguns aspectos dos VAOs ainda são pouco compreendidos…Em seu trabalho futuro, Muñoz planeja continuar investigando os VAOs…por exemplo…tentando entender melhor como eles modulam o feedback sobre a primeira formação estelar; o que atualmente não está claro. E ele assim concluiu… “Também pretendo refinar as previsões, incluindo um cenário mais complexo, e modelos de ruído compatíveis aos do instrumento HERA, pois é muito provável que este capture os VAOs…na próxima década”. (texto base)

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
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Uma resposta para E Fez-se a Luz !…(em ondas de rádio)

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