E Fez-se a Luz !… (em estranhas 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)

This diagram traces the evolution of the universe from the Big Bang to the present. Two watershed epochs are shown. Not long after the Big Bang, light from the first stars burned off a fog of cold hydrogen in a process called re-ionization. At a later epoch, quasars, the black-hole-powered cores of active galaxies, pumped out enough ultraviolet light to re-ionize the primordial helium. Credit: NASA/ESA/A. Feild (STScI)

This diagram traces the evolution of the universe from the Big Bang to the present. Two watershed epochs are shown. Not long after the Big Bang, light from the first stars burned off a fog of cold hydrogen in a process called re-ionization. At a later epoch, quasars, the black-hole-powered cores of active galaxies, pumped out enough ultraviolet light to re-ionize the primordial helium. Credit: NASA/ESA/A. Feild (STScI)

O universo primitivo passou por sua própria ‘idade das trevas’, antes das primeiras estrelas serem formadas e emitirem a 1ª luz… — Hoje em dia…  astrônomos estão tentando iluminar esta era inicial, para saber… quando, e de que forma isso aconteceu.

O período em que as 1ªs estrelas se formaram… e começaram a brilhar,   é chamado…’era da reionização‘, e ocorreu, provavelmente, algumas centenas de anos após o “Big Bang” pôr o universo em movimento…há 13,8 bilhões de anos atrás.

Para o astrônomo Judd Bowman, da Universidade do Arizona e autor da pesquisa:             

“Antes dessa época…o universo era feito principalmente de hidrogênio, aproximadamente uniforme…sem luz… — era a 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 em torno delas, excitando os átomos de hidrogênio, e expulsando seus elétrons…criando assim íons de hidrogênio carregados positivamente. – Era aépoca de reionização“… – Ainda assim… os detalhes de como tudo isso aconteceu, ou quando as primeiras estrelas se formaram… — ninguém ainda sabe, ao certo. 

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 um caminho diferente. Eles construíram uma rádio-antena chamadaEdges… implantando um dispositivo próprio para procurar gás     de hidrogênio nas galáxias… — o qual emitiria um sinal de rádio característico.

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)                                                                “A filosofia … em seus primórdios – teve início através de ‘jogos de enigma’ em torno do sagrado. Esse era ainda um tempo sem criação, sem consciência, e portanto, um tempo de homens sem culpa” …   (Felício dos Santos… – ‘Razão e Ludismo na Cena Filosófica’)

Ilustração NASA-ARCADE- Roen Kelly

Ilustração NASA-ARCADE- Roen Kelly

Um 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…and Diffuse Emission) detectou o sinal quando realizava medidas do céu     em microondas… — à procura da energia emitida pelas primeiras estrelas a se formar no Universo. Como assim explicou Kogut … chefe da equipe:

“O Universo nos pregou uma peça – ao invés do sinal fraco que esperávamos medir, detectamos um ruído 6 vezes mais intenso                     do que o previsto” (e até o momento, os pesquisadores não têm     explicações para a sua origem).

2 pesquisadores brasileiros participaram do projeto: Thyrso Villela diretor da AEB (Agência Espacial Brasileira)… e Alexandre Wuensche, do grupo de Cosmologia do Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (INPE)…A contribuição brasileira se deu no desenvolvimento de componentes de microondas utilizados pelo ‘ARCADE’ … – como 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 a se formar – de acordo com os atuais modelos de origem e evolução do Universo. – Ao invés disso, eles mediram um sinal 6 vezes mais forte… algo não explicável por 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 dele, várias possibilidades de erro foram levadas em consideração, entre elas… recalibrar os instrumentos, e os refazer cálculos… — pensando em outras hipóteses que o explicassem…  —  “Se conseguirmos entender como essas estruturas           se formaram no universo primordial…pode ser uma nova pista de como a natureza funciona” concluiu o pesquisador.

A RCFM… e o ‘Ruído desconhecido’

Em  1931  —  o físico Karl Jansky (1905-1950) detectou pela 1ª vez um ruído estático em rádio vindo da própria Via Láctea.

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.

Ele foi redescoberto em 1965, por Arno Penzias e Robert Wilson…que receberam o Nobel de Física de 1978… pela descoberta. Entretanto…não existe nº suficiente de galáxias no Universo – que possa justificar essa intensidade — 6 vezes maior do que a produzida pela mais antiga estrutura conhecida. Segundo Dale Fixsen, um dos pesquisadores do projeto …

“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 estão descartadas hipóteses de emissão de estrelas primordiais; e fontes cósmicas de ondas de rádio conhecidas, ou do gás contido no halo da nossa Galáxia…de modo que a origem do sinal tornou-se um grande mistério. E Michael Seiffert do JPL/NASA disse:

“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”.

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

lançamento do ‘Arcade’ – NASA

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 estudar 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 formadas.

O ‘ARCADE’ foi lançado a bordo de um balão estratosférico em julho de 2006, de Palestine, Texas (EUA)… Ele operou durante algumas horas, a cerca de 36 km de altitude…evitando influências atmosféricas nas medidas – sendo o 1º instrumento de precisão, a fim de estudar o céu em radiofrequências. A imersão de seus detectores, em aproximadamente 2 mil litros de Hélio líquido, permitiu ao instrumento operar a aproximadamente 2,7ºK acima do zero absoluto – temperatura da RCFM. [questão em aberto… – será esse ruído desconhecido o fundo de ondas gravitacionais (FOG) !?…]

texto base:  Sinal Cósmico de Origem Desconhecida  (jan/2009)                                         outras fontes: ARCADE # ‘NASA Balloon Mission Tunes in to a Cosmic Radio Mystery’  **************************(texto complementar)*************************************

Estetoscópio espacial ouve música das estrelas – Agência Fapesp – 06/11/2008

A partir de dados obtidos pelo satélite francês Corot, um grupo internacional de cientistas mediu – pela 1ª vez – vibrações físicas características da superfície de 3 estrelas próximas. Até agora, as ‘oscilações solares’ – cuja descoberta possibilitou os atuais estudos sobre a estrutura do interior do Sol – ainda não haviam sido medidas em outras estrelas.

Os resultados do estudo, que teve participação brasileira, foram publicados em matéria de capa da revista Science.  De acordo com os autores, as 3 estrelas observadas apresentaram oscilações 1,5 vez mais fortes que a do Sol, e granulação 3 vezes mais fina. – Os dados, que só puderam ser obtidos graças à alta sensibilidade do Corot – trarão avanços no estudo da evolução estelar.

Participação brasileira no Corot

Dois astrônomos brasileiros estão entre  os  autores do artigo – José Renan de Medeiros, professor do Departamento de Física Teórica e Experimental da UFRN, e Eduardo Janot Pacheco, do IAG-USP – que coordena a participação brasileira no projeto.

A missão Corot foi lançada em 2006… com 2 vertentes principais — localizar … fora do Sistema Solar, planetas com condições semelhantes às da Terra, que possam abrigar vida, e estudar a estrutura e a evolução das estrelas – isto é, a sismologia estelar. De acordo com Medeiros, nessa 2ª vertente…

“A equipe brasileira está particularmente presente nos trabalhos voltados para a sismologia estelar. Nossa atividade consiste principalmente, no tratamento e interpretação de dados… Durante a fase de observação pelo Corot, usamos amplos telescópios terrestres para estabelecer parâmetros físicos e químicos das estrelas”.

Instrumentos musicais espaciais

Segundo ele, as oscilações, produzidas pelo movimento do plasma que constitui o interior estelar, só haviam sido observadas até agora no Sol…Pela primeira vez foram medidas em estrelas mais quentes e mais antigas… E, Medeiros assim explicou:

“As estrelas se comportam como instrumentos musicais, produzindo e propagando ondas ressonantes. Estas, provocam alterações periódicas de diversas propriedades que caracterizam a estrela”.

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.

Campo magnético & História evolutiva estelar

Além das oscilações, foram detectadas granulações da superfície das 3 estrelas – um fenômeno também até agora conhecido apenas no Sol. A granulação, de acordo com Medeiros, é um reflexo dos movimentos convectivos no interior do plasma solar, que também fornece pistas sobre a natureza do ‘campo magnético‘ da estrela, e sobre         o comportamento de seu interior.

A fotosfera solar, por exemplo, apresenta grânulos brilhantes rodeados por contornos mais escuros, com cerca de 700 quilômetros de diâmetro…A granulação solar é formada no topo da zona convectiva  região em que massas de gás quente, conhecidas 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 apenas um             marco para a sismologia estelar – mas…as primeiras descobertas… de uma série…

“A filosofia da ‘missão Corot’ é descrever a história evolutiva das estrelas. Para isso, queremos observá-las em diferentes fases. Essas 3 estrelas são mais quentes e antigas que o Sol…mas, vamos observar também estrelas mais jovens e muito mais velhas. Isso nos dará elementos para deduções  sobre a história evolutiva do nosso Sol”.

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, quando se desenvolvem teorias é preciso ter as chamadas ‘condições iniciais‘, ou condições de contorno… — E, de acordo com Medeiros, estas condições estão sendo encontradas a partir de medições com precisão inédita… – O que tornará as futuras     teorias muito mais consistentes.

Fotometria estelar

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…segundo Medeiros, baseia-se na técnica da fotometria estelar. “O telescópio observa a estrela e registra flutuações na luminosidade da sua superfície. Como ele tem uma performance notável, pode detectar variabilidade luminosa da ordem de 10 elevado a -5. Dessa forma – podemos concluir se o fenômeno observado é de granulação, ou oscilação”.

A estrela HD49933 foi observada por 60 dias seguidos. As estrelas HD181420 e HD181906 foram por 156 dias cada uma, ininterruptamente…“No caso das 3 estrelas, as ininterruptas medidas duraram vários meses… – o que criou as condições para termos informações com detalhamento sem precedentes” … concluiu Medeiros.    (‘Ouvindo a Música das Estrelas’) ************************************************************************************

conversao-radio-luz-2

O chip de 0,5 mm faz o mesmo trabalho de um aparato criogênico grande, pesado e caro. [Imagem: T. Bagci et al./Nature]

Chip converte ondas de rádio em luz

No processamento ou na transmissão de dados, converta qualquer coisa em luz, e você passa a ter … processamento muito mais rápido… maior armazenamento de  dados por canal, e gastar menos energia.

Isto mostra a importância de uma inovação apresentada por físicos da ‘Universidade de Copenhague’, Dinamarca.

A equipe criou uma ‘membrana’ capaz de detectar sinais de rádio muito fracos, e convertê-los diretamente em sinais de luz, que podem ser transmitidos 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. Um laser é então dirigido sobre a membrana, e as vibrações produzem interferência na luz do laser…  —  que pode ser medida com técnicas óticas comuns.

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

Chip quente

Tudo funciona à temperatura ambiente… – ao contrário dos sistemas atuais … que exigem  temperaturas criogênicas.

Isso abre a possibilidade de uso imediato da tecnologia,   em uma enorme variedade     de aplicações — aparelhos de ressonância magnética, radioastronomia, etc…

Detectar 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, quando 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 afeta os 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 ambientetexto base

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Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979... (s/ diploma)
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