BIG, BANG!…BOOM (“BINGO”)

“Nunca, em toda a história da ciência, houve um período em que novas teorias                      e hipóteses surgissem, florescessem e fossem abandonadas…em uma sucessão                  tão rápida…quanto nos últimos 15… – ou vinte anos”. (Willem De Sitter /1931)

expansionOlhando para trás…para os anos revolucionários de 1915…a 1930, o astrônomo Willem De Sitter  identificou este período, como o maisextraordináriojá vivido pela Ciência…Na ‘relatividade’ e teorias quânticas…físicos, como Albert Einstein, surpreendiam com inéditas explicações para massa … energia … gravidade, e até mesmo… – ‘espaçotempo‘.

Enquanto os astrônomos tentavam aplicar essas novas ‘ferramentas cosmológicas’, não deixavam de se impressionar com suas próprias revelações…Como exemplo, o conceito    de ‘Grandes Galáxias’ de Shapley, foi logo seguido da confirmação dos ‘Universos-Ilha’    de Hubble. E, mais estranho ainda, no final da década de 1920 chegou-se à constatação    de que o universo, como um todo se expandia. Mas tal efeito demorou a ser assimilado.  No início do século 20 a visão comum de mundo considerava o universo como estático; aparentemente o mesmo, por toda a eternidade. Einstein inclusive, em 1917, expressou    esta opinião a De Sitter, depois deste produzir equações que descreviam o universo em expansão… – a partir de um início: “Esta circunstância muito me irrita – admiti-la, me parece sem sentido”…  Em suas ‘equações de campo gravitacional‘ Einstein elaborava  uma ferramenta matemática compacta…que pudesse descrever a configuração geral da matéria e do espaço – considerando o universo como um todo. A peculiar curvatura do espaço…prevista nas equações, foi rapidamente confirmada em experimentos famosos,        e no início da década de 1920, grande parte dos principais cientistas admitia, com base    nas ‘equações de campo‘ de Einstein, uma real possibilidade de revolução cosmológica.

O único problema era que… encontrar uma solução para estas equações,                          isto é, produzir um modelo do universo era um pesadelo matemático.

O modelo De Sitter só se estabilizariase não contivesse matéria                           “Apenas erigi um sublime castelo no ar. Não nos preocupemos com respostas, mas sim    em nos encontrar outra vez… – o mais rápido possível!” (Einstein para De Sitter, 1916)

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Albert Einstein (à esquerda) e Willem De Sitter (à direita) discutindo, no quadronegro, a teoria De Sitter, do universo em expansão. Foto tirada em 1932, no Instituto de Tecnologia da Califórnia / EUA. Copyright AP / Wide World Photos

Em 1916 durante a Primeira Guerra Mundial, Einstein…na neutra Holanda… encontrou-se com De Sitter – onde produziram 2 modelos cosmológicos… 2 soluções diferentes para as “equações de campo”… – Ambos os modelos entretanto … pareciam necessitar de ‘ajustes especiais’…De Sitter esperava que, de algum modo seu modelo pudesse se ajustar para descrever o “universo real”…com densidade da matéria… — próxima o suficiente de zero.

Contudo o mais impressionante sobre o seu Universo vazio’… era um ‘estranho efeito sobre a luzquanto mais distante do centro matemático (origem das coordenadas) mais lenta a frequência das ‘vibrações luminosas’.

Isso significava que, quanto mais distante um objeto viajasse                            nesse “fantasmagórico” universo… — mais ‘desacelerada’… a              frequência da luz… – então observada… assim pareceria ser.

A 1ª tentativa de Einstein em um modelo semelhante, não poderia conter matéria e ser estável.  – As equações mostravam que, se o Universo fosse estático no início, a atração gravitacional da matéria faria tudo ‘colapsar‘ sobre si mesmo (…o que pareceu ridículo, supor que o espaço fosse tão instável assim…) – E, com efeito…Einstein logo descobriu que poderia estabilizar o seu modelo, adicionando um simples termo constante para as equações… Se esta constante fosse não nula, o modelo não entraria em colapso sob sua própria gravidade. – E Einstein então…assim admitiu… – “Esta constante cosmológica é apenas um ‘termo fictício’, não sendo exigido pela teoria…nem parecendo natural, do ponto de vista teórico.” (a finalidade é dar uma distribuição quase-estática de matéria)

À luz das…”Nebulosas” distantes                                                                                         Não obstante o problema no universo estático de Einstein, as medições de                  Slipher poderiam fornecer uma maneira de escolher – entre os 2 modelos.

A poderosa crença em um universo estático, só poderia ser derrubada pelo peso de observações acumuladas. E, a 1ª dessas observações já havia sido relatada em 1915. Provavelmente essa observação era desconhecida por Einstein… – enquanto ele se correspondia com De Sitter, e desenvolvia sua teoria… A Primeira Guerra Mundial interrompera as comunicações entre nações de língua inglesa, e a Alemanha, onde Einstein trabalhava; enquanto De Sitter, tinha apenas um relatório incompleto, de      2ª mão dessa prova observacional…produzida no Observatório Lowell, no Arizona.

Seu fundador Percival Lowell, suspeitava que as linhas espectraisobservadas da            luz de uma espécie de…”nebulosa planetária…também poderiam ser encontradas,            no espectro das assim chamadas “nebulosas espirais. Em 1909, Lowell pediu para          seu assistente, Vesto Slipher, obter espectros dessas ‘nebulosas espirais. – Slipher, inicialmente duvidava que isso pudesse acontecer. – Mas percebeu então, que nas nebulosas‘, em contraste com imagens pontuais de estrelas, o “fator instrumental        crítico não era o tamanho do telescópio (o Observatório rival ‘Lick’, na Califórnia,          tinha um telescópio muito maior), mas sim o ‘tempo de exposição’ para fotografar            espectros dessas então chamadas “nebulosas” (isto é, avelocidade do obturador ).

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Com uma nova câmera … sua velocidade aumentou por um fator de 30… Assim, em 17 de setembro de 1912… – Slipher obteve um ‘espectrograma‘ danebulosade Andrômeda indicando veloz aproximação.

A chapa fotográfica ficou exposta ao longo de várias noites…Como resultado, foi encontrada uma velocidade média de 300 km/s – considerada tão alta, que dela                    alguns astrônomos chegaram a duvidar. Ao longo dos 2 anos seguintesSlipher                mediu velocidades para outras “nebulosas espirais”…As 1ªs medições revelaram                estas se aproximando…no lado sul da nossa galáxia…e recuando no lado oposto.  

Slipher chegou a estabelecer uma hipótese provisória. Ele imaginou que a Via Láctea se movia (…para o sul) em relação às nebulosas. No entanto, mais observações de espirais contradisseram isso. Espirais se afastando foram encontradas no lado sul, bem como   no lado do norte da nossa galáxia. Slipher, no entanto, se agarrou à sua hipótese inicial;  “talvez mais observações”… argumentou ele – pudessem achar uma preponderância de nebulosas em aproximação no lado sul…direção a qual pensava se mover nossa galáxia.  No entanto – uma ‘interpretação diferente’… das velocidades observadas em nebulosas espirais, logo surgiu. O modelo De Sitter, de um universo estático, incluía uma redução     na frequência das vibrações de luzcom aumento da distância. Slipher tinha calculado velocidades, utilizando a regra de que a frequência da luz observada se modifica, se a “fonte de luz” estiver se afastando rapidamente Todavia, talvez isso fosse uma ilusão.

Talvez objetos distantes não estivessem de fato se afastando à grandes velocidades — mas…apenas, emitindo uma frequência diferente de luz.

A 1ª Grande Guerra Mundial tinha restrito as comunicações… — mas, em 1921…De Sitter sabia sobre as medidas de velocidade de Slipher, para 25 nebulosas espirais…Apenas três  estavam se aproximando — o que poderia se explicar como resultado de altas velocidades em… “direções aleatórias”… — sobrepostas em um afastamento sistemático muito menor.  Ainda assim, De Sitter hesitava em tirar conclusões…velocidades eram conhecidas, mas a outra metade da relação, as distâncias para as nebulosas…desconhecidas. Tal informação crucial só seria dada por Hubble no aprimoramento de suas medições dos Universos-ilha.

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Primeira Cefeida detetada em Andrômeda: manuscrito e chapa fotográfica

Expansão  uma surpreendente revelação cósmica                                                    Os resultados estabelecem para as nebulosas, uma relação                                                  aproximadamente linear… entre velocidades e distâncias.” 

Em 1928, o astrônomo Edwin Hubble (1889-1953) participou de uma reunião da União Astronômica Internacional, realizada na Holanda. Lá, ele debateu com De Sitter teorias cosmológicas… – Hubble então, voltou ao ‘Observatório de Monte Wilson’ determinado     a testar a teoria De Sitter. Ele orientou seu assistente Milton Humason… observador meticuloso, a estudar esmaecidas nebulosas… que, presumia-se…seriam bem distantes.  “Seria a frequência de suas luzes… diferentes das que se veem de nebulosas próximas?”     Como frequência de luz mais lenta corresponde a comprimento de onda mais longo, ou seja, uma luz mais próxima da extremidade vermelha do espectro…o que Hubble, e seu ajudante buscavam era um ‘deslocamento para o vermelho’ de linhas espectrais…o que mais tarde veio a ser chamado de “redshift…Tal desvio, Humason explicou mais tarde, era… – “o que se poderia esperar da ‘teoria do espaço-tempo curvo’…de De Sitter”.

Humason determinou velocidades, e Hubble distâncias…Eles encontraram uma relação basicamente linear – quanto maior a velocidade de afastamento da nebulosa, maior sua distância medida. Seus dados, sumários…e a interpretação, em detalhes… contraditória.    Descobriu-se mais tarde, que as distâncias medidas por Hubble para as nebulosas eram apenas metade das distâncias reais…Não obstante seus gráficos discordarem com o que cientistas já sabiam sobre a idade do universo – a relação velocidade/distância era uma extrapolação ousada e brilhante. E Hubble enfatizou o aspecto empírico/observacional    de seu trabalho. Todavia, apenas no último parágrafo de seu artigo de 1929menciona  De Sitteronde então, simplesmente observa que a relação ‘velocidade/distância’ pode representar o ‘efeito De Sitter’…sendo assim, de interesse para a discussão cosmológica.  Seu objetivo principalera convencer aos leitores de que a ‘relação’ realmente existia.

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Gráfico original da relação velocidade/distância de Hubble (1929) para 46 nebulosas. Os pontos pretos e a linha cheia representam a resultado obtido a partir das 24 nebulosas para os quais as distâncias individuais, calculadas separadamente, foram determinadas. Os círculos vazios e a linha tracejada representam a solução para distâncias obtida pela combinação das nebulosas em grupos. A cruz representa a velocidade média de um conjunto de 22 nebulosas cujas distâncias não puderam ser estimadas individualmente. Hoje, pode-se dizer que o valor mais aceito para a constante de Hubble (H0) converge para 67 km/Mpc.seg

Há mais no avanço da ciência do que novas observações e teorias. Em última análise, as pessoas devem ser persuadidas. Na ciência, como em um tribunal de justiça, defensores  de cada lado de uma questão apresentam a melhor das hipóteses possível – na tentativa    de alcançar a verdade. A imagem heroica da ciência primitiva pode prescindir do uso de habilidades retóricas. Persuasão, no entanto, é parte integrante da ciência real… Não há qualquer julgamento – até que os argumentos sejam definidos … de forma clara e firme.

Não obstante Hubble pregar uma “campanha científica” para implantar sua relação velocidade/distância…à parte dos resultados observacionais… – suas ‘incontestáveis observações’ de que a luz das nebulosas apresentavam desvio crescente ao vermelho, proporcional ao aumento das distâncias, fez eliminar o ‘modelo estático’ de Einstein.

Uma teoriapara o Universo em Expansão                                                                      “Ambas as soluções (para as equações de campo de Einstein…e De Sitter) devem ser rejeitadas, e como estas são as únicas soluções estáticas das equações, a verdadeira solução – naturalmente… deve ser uma solução dinâmica”. (Willem De Sitter, 1931)

O modelo estático alternativo de De Sitter (sem matéria) também foi descartado pelas novas observações (De Sitter supôs que a “densidade de matéria” no Universo deveria estar perto o suficiente de zero – de modo a que seu modelo pudesse funcionar). Uma         nova estimativa em 1927 da massa da ‘Via Láctea’…o fez reexaminar esse pressuposto,         e rejeitá-lo Não mais havendo a presunção de que o modelo alternativo de De Sitter    para um ‘universo vazio‘ se adequasse à realidade, Einstein reconheceu que o “desvio     para o vermelho” havia derrubado sua antiga suposição, de um ‘Universo estático‘.

Mais tarde, durante uma reunião da ‘Royal Astronomical Society’, Londres, no início dos anos 30, De Sitter admitiu que nem sua solução, nem a de Einstein…para as equações de campo, poderiam representar o “Universo observado”. — Logo em seguida, o astrônomo  Arthur Eddington levantou intrigante questão: ‘Por que haveria apenas estas 2 soluções?’ E, respondendo à sua própria pergunta…supôs que o problema era só, termos levado em conta soluções estáticas…E, de fato, alguns cientistas já tinham buscado outras soluções.

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Alexander Friedmann in 1922 or 1923.

Em 1922, por exemplo… — o matemático russo Alexander Friedmann publicou um conjunto de possíveis soluções matemáticas às ‘equações de Einstein’, resultando num “universo dinâmico”. Einstein…por sua vez — notou que este modelo, efetivamente oferecia uma solução matemática compatível para as suas…”equações de campo”.

Mais tarde, Friedmann seria saudado como grande representante da ciência soviética. Mas, durante os anos 20ninguém demonstrou qualquer interesse por seu trabalho… – que parecia mera curiosidade teórica abstrata – A maior parte dos astrônomos mantinha a certeza de que o universo era estático.  Ao Friedmann republicar seu artigo em 1924…este foi visto como questão teórica da relatividade, sem qualquer interesse astronômico sendo inclusive, omitido do relatório oficial anual… sobre o tema.

Mas, por sua vez, o astrofísico (e padre) belga Georges Lemaître, em 1927, também tinha publicado um modelo para um universo em expansão… E, não obstante sua contribuição para a ciência ser hoje celebrada…à época, seu estudo, pulicado nos Anais da Sociedade Científica de Bruxelas, passou inteiramente despercebido. – Aqueles que leram o artigo (incluindo Eddington), prontamente o haviam esquecidoSomente anos mais tarde, em  um relatório da reunião de 1930 da…”Real Sociedade Astronômica”… – foi que Lemaître escreveu a Eddington – seu ex-professor, para lembrá-lo do artigo de 1927. – Este então, reconhecendo o valor do trabalho de Lemaître, o compartilhou com De Sitter que logo após, escreveu ao astrônomo Harlow Shapley, em Harvard/EUA, o seguinte comentário:

“Encontrei a verdadeira solução, ou pelo menos uma solução possível, que deve estar bem perto da verdade em um artigo de Lemaître – que havia escapado à minha atenção no momento” (De Sitter para Shapley, 1930)

LemaitreDepois de Einstein concordar que o trabalho de Lemaître … Se encaixa bem na teoria geral da relatividade”,  De Sitter – em 1931…publicamente elogia o “Universo em expansão” como umabrilhante descoberta“.  Foi nesse mesmo ano que Lemaître propôs o surgimento doUniverso, por um…”ovo cósmico primordial.

Agora, vemos esse “ovo cósmico”, como uma primeira versão da teoria ‘Big Bang‘. Mas,    o que realmente significaria…essa nova estranha frase… – “Universo em expansão“?

Na verdade, significava que a luz de uma ‘nebulosa distante’ estava deslocada para          o vermelho… não por algum efeito peculiar ‘De Sitter’…mas, porque as nebulosas se afastavam de nós (Isto, não por algo de especial, ou perigoso). Hoje em dia, sabe-se     que ‘nebulosas’ são galáxias, mais ou menos como a nossa…Como cada uma dessas galáxias se afasta de todas outras – com o próprio espaço se expandindo entre elas,     não existe qualquer ‘ponto especial’ entre estrelas onde a “grande expansão” tivesse começado… – Nós… e todas as outras galáxias estamos dentro desse espaço. Assim, quanto mais distantes 2 galáxias quaisquer estiverem afastadas…mais rápido irão          se distanciar…exatamente conforme a relação (velocidade-distância) de Hubble.

O reconhecimento da expansão                                                                                           Muitas vezes pensamos que, quando completamos nosso estudo do um,                          sabemos tudo sobre o dois… que é ‘um mais um’. Nos esquecemos que,                              todavia – ainda temos que compreender o ‘mais’.”  (Arthur Eddington)

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O ‘diagrama de Hubble‘ representa a velocidade de galáxias de acordo com a distância, ou seja, quanto mais uma galáxia está distante de nós, mais parece se afastar rapidamente. É a partir deste estudo que o conceito de expansão do universo aparece.  [NASA]

Os cosmólogos reconheceram, de imediato, que um universo em expansão significa que, no futuro longínquoas galáxias se distribuirão — bem mais distantes … umas…das outras.  Assim como…há muito tempo atrás, o universo deve ter sido muitíssimo mais densoSerá então — que ‘o próprio tempo’ teve um começo?… As poucas medições de Hubble…todavia, foram suficientes para que  se assumisse radicalmente,  nova perspectiva da natureza, origem e destino do Universo.

A expansão do universo é reconhecida hoje como uma das grandes descobertas científicas, e Hubble, geralmente recebe os créditos. O seu grande mérito foi estabelecer uma fórmula empírica (‘equação de Hubble’) que levasse a grande maioria dos cientistas, a acreditar no modelo de um Universo em expansãohoje validado por um sem número de observações.

O trabalho de Hubble deve ser apreciado pelos pressupostos que derrubou…e pelos horizontes que abriu, como um marco da realização do intelecto humano. Talvez os cientistas tenham assumido este ponto de vista tão rápido, devido à tendência da          teoria quântica e da relatividadepara “revelações surpreendentes”. Mesmo assim,            a imediata constatação (através de galáxias) da expansão do universo … não foi              menos…revolucionária…ao fim de um período excepcional na história da ciência. 

Cozinhando‘ os elementos                                                                                                        Parecia que os elementos poderiam ser construídos como uma partícula,                          capturando neutrons, um a um… em uma espécie de ‘cozimento nuclear’.                          

Na década de 1930…época da grande consolidação no desenvolvimento cosmológico, Georges Lemaître havia sugerido o surgimento do Universo… — em uma espetacular explosão de um… “ovo cósmico” primordial … criando um “universo em expansão”.       No início dos anos 1940…apesar da 2ª guerra brecar progressos significativos, novas tecnologias, que trariam grandes avanços científicos… foram também desenvolvidas.          O avanço da física nuclear por exemplo…fez transformar especulações cosmológicas,      em cálculos quantitativos. Esta linha de investigação…iniciada no final da década de      1940, foi seguida…a princípio… – principalmente pelos físicos… – e não astrônomos.

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Em 1946, o físico George Gamow (ao lado) considerou que a fase inicial de um universo em expansão seria uma sopa superdensa de partículas… — e…começou a calcular a quantidade de vários “elementos químicos”, que poderiam ser criados nestas condições… – Agora, graças aos estudos nucleares, os físicos podiam encontrar números plausíveis para a abundância de diversos elementos surgidos de uma ‘explosão cósmica‘. Gamow era seguido por Ralph Alpher, estudante de graduação da universidade onde lecionava, e por Robert Herman…funcionário do Laboratório de Física AplicadaJohns Hopkins’, local de suas pesquisas. Ambos,  filhos de emigrantes judeus russos — nascidos nos EUA.

Gamow assumiu a expansão e resfriamento do universo, a partir de um estado inicial de densidade e temperatura quase infinita…Neste estado, toda a matéria seria formada por prótons, neutrons e elétrons – em um ‘oceano efervescente’ de radiação em alta energia. Gamow e Alpher denominaram esta mistura hipotética de ‘Ylem‘ (significado medieval para a palavra ‘matéria’). Alpher fez cálculos detalhados para processos nucleares neste “universo primordial“… Neles utilizou alguns dos 1ºs computadores, desenvolvidos em plena guerra, para calcular…entre outras coisas…as condições de uma explosão nuclear.

A contribuição desta teoria não foi equacionar uma solução final, mas sim, resolver      um grande problema: — O quê determinou a abundância cósmica dos elementos?…  Poderiam estas abundâncias…como atualmente observadas…serem calculadas por        leis físicas… numa fase inicial tão quente e densa…de um universo em expansão?

Gamow teve êxito em explicar a abundância relativa de hidrogênio e hélioSeus cálculos, aproximadamente, concordavam com as observações das estrelas … o hélio representava cerca de 1/4 da massa do universo…e hidrogênioo responsável por quase todo o resto. No entanto, cálculos para os outros elementos não chegaram a uma resposta sensata para nenhum deles, além do hélio. Parecia que, juntar a este átomo mais neutrons, não geraria elementos estáveis… Ele então, afirmou com bom humor  que sua teoria já deveria ser considerada um “sucesso” … por dar conta de aproximadamente 99% da matéria cósmica. Na verdade sua teoria não estava errada, apenas incompleta… Logo ficou esclarecido que: Se elementos mais pesados não se formaram durante a origem quente do universo…eles poderiam ser formados mais tarde, no interior das estrelas…E, de fato, a teoria dependia de uma propriedade especial do carbono – que o astrônomo Fred Hoyle mediu,    e encontrou, conforme previsto… “A  cosmologia, enfim, entrava no laboratório”. Todavia, a teoria de uma explosão cósmica inicial…logo foi desafiada por uma nova velha hipótese… — a de que… afinal, o Universo poderia estar em um “estado de equilíbrio“.

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Tommy Gold (esquerda), com Hermann Bondi (centro), e Fred Hoyle (direita); década 1960.

A ‘contra-revolução’                             

O triunfo de Hoyle em explicar como poderiam, a maioria dos elementos, ser criados no interior das estrelas…havia ficado de fora da teoria ‘BB’, onde todos elementos … eram criados no início.  Este desenvolvimento – aliás foi considerado favorável à teoria rival (‘Big Bang’). Fred Hoyle, assumia então, um papel relevantena criação    e propagação…da tese – e antítese cosmológica.

Para Hoyle, o Universo não precisava de um início, pois nunca teria havido um big bang‘ (apelido pejorativo, criado em 1950 pelo próprio Hoyle). – Há inclusive, uma interessante história (não levada muito a sério), de como teria surgido a ideia do “estado estacionário:  A ideia teria surgido em 1947, segundo Hoyle … quando ele e os colegas Hermann Bondi e Tommy Gold foram ao cinema. Os 3 se conheceram em pesquisas sobre radar durante a II Guerra Mundial. Hoyle era versátil, intuitivo e indisciplinado…enquanto Bondi tinha uma mente matemática afiada, e ordenada; já Gold, era dono de uma imaginação física ousada, aberta a novas perspectivas. O filme era uma “história de fantasmas”, que terminou assim como começou…O que teria deixado os cientistas pensando num…”universo imutável“, mas, ao mesmo tempo…”dinâmico… – E Hoyle explicava assim essa paradoxa situação:

“Pessoas tendem a pensar em situações imutáveis, como necessariamente estáticas…O que, acentuadamente, o filme fantasmagórico fez para todos nós foi remover essa noção errada… É possível haver situações imutáveis que sejam dinâmicas…assim como – por exemplo… – a fluidez de um rio.”

Mas, como pareceria o universo sempre o mesmo, estando em uma expansão contínua? Não demorou muito tempo para se descobrir uma possível resposta — a matéria estava, continuamente…sendo criada. — Assim… novas estrelas e galáxias poderiam se formar, preenchendo o espaço deixado pelas mais antigas – que se afastavam… para bem longe.  Para muitas mentes filosóficas, o universo do ‘estado estacionário‘… proposto por Hoyle, Bondi e Gold, tinha uma grande vantagem sobre o universo em expansão do big-bangqual seja, a densidade global deste universo se mantinha constante, pela criação contínua de matéria. – No “Universo BB”com sua densidade mudando radicalmente, várias leis da física não poderiam ser aplicadas da mesma formaem todos momentos.

Em 1948…a “teoria do estado estacionário” também possuía outra vantagem (observacional) sobre a teoria “big bang”…A ‘taxa de expansão‘ então encontrada,              sendo calculada retroativamente até um “big bang” inicial… – fornecia uma idade                do Universo bem abaixo da conhecida idade do sistema solar! E, certamente, esse                foi um problema muito constrangedor – aos defensores da teoria ‘bigbancionista’.

princípio-cosmológicoPor outro lado, por algum tempo manteve-se cautela em relação ao ‘princípio cosmológico’  que afirmava serem as condições do universo   a larga escala…independentes da localização do “observador” — (princípio copernicano).  Em outras palavras…qualquer teoria que nos colocasse…’seres humanos’…em algum lugar especial (como o ‘centro do universo‘, por exemplo), poderia ser, de pronto, descartada.  E assim … levando às últimas consequências,    Bondi e Gold presumiram um “Universo homogêneo”…não apenas no espaço…mas, também no tempo… deduzindo a teoria…a partir do axioma de não estarmos em qualquer lugar especial… parecendo o mesmo, em qualquer lugar, a qualquer momento. — A hipótese do “Princípio Cosmológico Perfeito”.

Hoyle foi menos enfático, preferindo uma teoria deduzida da modificação que propôs para o universo relativista de Einstein — na qual acrescentava a ‘criação da matéria’. Contudo, as 2 diferentes teorias de “estado de equilíbrio” tinham bastante em comum, para serem consideradas — na maior parte dos propósitos — como uma única teoria.

Big Bang x Estado Estacionário                                                                                            A cosmologia do big-bang afirma a noção do ‘”criador transcendente”, estando  portanto — em plena harmonia com o… dogma cristão“. (Papa Pio XII, 1952)

A maior parte do desenvolvimento posterior da ‘teoria do estado estacionário‘   veio em resposta às críticas, cujos argumentos, a grande parte… foram de natureza filosófica, com pouco apelo prático. Nessa época, a discussão cosmológica adquiria aspectos religiosos e políticos. A teoria do estado estacionário, negando qualquer        começo ou fim dos temposfoi, para alguns…vagamente associada com o ateísmo.      Gamow até mesmo sugeriu – com outra dose de ironia, que a “teoria estacionária” estivesse anexada à linha ideológica do… ‘partido comunista‘ — muito embora, os astrônomos soviéticos houvessem taxado, ambas cosmologias – como “idealistas”. Astrônomos dos EUA, por sua vez, consideraram a “teoria do estado estacionário” interessante, mas assumiram uma abordagem pragmática, fazendo homologar os        créditos do embate a testes observacionais, sendo um destes, a idade das galáxias:

steady-state-theoryEm um estado de equilíbrio, com contínua criação de matéria, haveria uma mistura de galáxias…recentes e antigasespalhadas no universo. Já num ‘Big Bang’, as galáxias, com o tempo envelheceriam…Astrônomos, poderiam então olhar… para trás no tempo… buscando as mais distantes, para saber se…observar uma galáxia um bilhão de anos-luz distante seria o mesmo … que observar a luz que a tinha deixado há um bilhão de anos.

E – observações relatadas em 1948…confirmaram que galáxias mais distantes eram, na verdade, mais antigas. (Ponto para o big bang)

Bondi e Gold então…cuidadosamente…reviram os dados…e, em 1954, informaram que o efeito anunciado era espúrio (O teste de idades poderia, em tese…ser capaz de distinguir entre as teorias rivais – mas não na prática) – (Ponto para o ‘estado estacionário’).  Outro possível teste envolvia a taxa de expansão do universo“. – Em um ‘big bang’, a taxa de expansão diminuiria; já em um universo de estado estacionário, permaneceria constante… Os dados do Observatório de Monte Wilson pareciam favorecer ao big bang, mas, certamente não o suficiente para se constituir num teste crucial… E, enquanto isso,    foi descoberta solução para o embaraçoso cálculo, que colocava a idade do universo tipo “big-bang“, menor do que a idade do ‘sistema solar‘. – Walter Baade comprovou que as estimativas das distâncias de galáxias… haviam misturado 2 tipos diferentes de estrelas. Daí…o tamanho do “universo observável” havia sido subestimado por um fator de 2.

Se, com efeito… as galáxias estivessem 2 vezes mais distantes do que se pensava, então       os cálculos com a taxa de expansão observada, forneceriam uma idade do universo duas vezes maior que a calculada anteriormente…e portanto – bem maior que a idade     do sistema solar (desfazendo aquele argumento anterior – contrário ao…”Big Bang”.)

Curiosamente…no entanto — o maior desafio à teoria do estado estacionário veio através de uma ciência recém-fundada, denominada Radioastronomia. Conhecimentos fundamentais, sobre técnicas de deteção dos fracos sinais de rádio avançaram bastante      na 2ª Guerra Mundial, e especialmente na Inglaterra, com pesquisas de radar. – Então, depois da guerra, os programas de pesquisa em Cambridge, Manchester…e Sydney, na Austrália…voltaram-se assim para a pesquisa científica… — dominando o horizonte da Radioastronomia por décadas, com a criação e desenvolvimento dos “radiotelescópios” com o objetivo fundamental de detetar sinais do espaço sideral nesta faixa do espectro.

Ryle, à direita, com seu colega Hewish, soldando parte da antena.

Ryle, à direita, com seu colega Hewish, soldando parte da antena.

O programa em Cambridge foi liderado por Martin Ryle, que… em 1974… receberia o “Nobel de Física”…por suas contribuições gerais à Radioastronomia… – Em 1951, Ryle acreditava que todas fontes de rádio se localizavam dentro de nossa galáxia… sem ter – portanto… interesse cosmológico. Porém, nos anos seguintes… se convenceu de que grande parte das fontes de rádio então detetadas tinham origem extragalática. — Suas observações assim, seriam usadas no teste de novos ‘modelos cosmológicos’.

Ryle argumentou que sua amostra de quase 2 mil fontes de rádio (completada em 1955) contradizia a ‘teoria do estado estacionário‘…tendo em vista que fontes mais distantes – e, portanto, mais antigas – pareciam estar distribuídas — de forma diferente — das mais próximas.

Mas, de fato ele havia exagerado a importância de seus dados iniciais…Somente após mais alguns anos de trabalho teriam as observações radioastronômicas argumentos conclusivos contra a teoria estacionária. Daí Hoyle queixar-se que Ryle não se motivava pela “busca da verdade”, mas… unicamente, pelo desejo de destruir a ‘teoria do estado estacionário’.

A microondas cósmica                                                                                                          Havia muito pouca comunicação naqueles tempos, entre físicos nucleares, astrônomos observacionais e cosmólogos teóricos. Além disso, só o fato de Alpher e Herman terem trabalhado em pesquisa industrial, poderia influenciar na comunidade científica… – E, Gamow, Alpher e Herman estavam mais interessados em física do que cosmologia.

Um duro golpe contra a ‘teoria do estado estacionário foi desferido em 1965… com uma descoberta surpreendente. Em um artigo de 1948, Gamow argumentou que o universo big-bang – a princípio, teria sido dominado pela radiação – ‘um mar revolto de energia’. Com sua expansão, a energia, majoritariamente, se converteria em matéria.  Alpher e Herman previram que um remanescente da radiação permaneceria como uma ‘radiação cósmica de fundo, permeando todo o espaço. À medida que o universo    se expandisse, essa radiação a princípio, muito mais quente do que se pode imaginar, esfriaria a um nível de energia bem baixo Foi inclusive previsto que a temperatura do Universo deveria estar hoje em torno de 5 graus Kelvin (pouco acima do zero absoluto).

Todavia, mesmo que suas estimativas de “energia de radiação” fossem imprecisas, variando ao longo dos cálculos…no momento em que publicaram suas ideias, não        havia possibilidade de testá-las, pois a radiação de uma temperatura tão baixa…na        faixa de ‘microondas‘ (entre raios infravermelhos e ondas de rádio), seria de difícil deteção. E, ao final década de 40, ainda não existiam equipamentos que pudessem identificar “radiação em microondas” a uma temperatura muito abaixo dos 20 ºK.

Mas…enquanto as microondas eram consideradas úteis às comunicações  (e radar)  novas técnicas, em breve, foram incrementadas. Em 1963, Arno Penzias e Robert Wilson pesquisando   o ‘ruído de fundo‘ em ‘microondas’, perceberam esta radiação para todo o céu. Robert Dicke soube da notícia…e em 1965… mesmo desconhecendo a previsão de Herman e Alpher acertou, supondo uma radiação remanescente do…“Big Bang”…com cerca de 3ºK.

É que… mesmo antes de saber dessas observações…Dicke havia orientado                              seu ex-aluno, James Peebles, no cálculo da natureza dessa radiação. Mas,                              quanto à previsão de Alpher e Herman…só foi resgatada bem mais tarde.

O “golpe de misericórdia                                                                                                          Com a ‘teoria estacionária’ já sumariamente desacreditada pelas pesquisas de                      ‘radiofontes’ – as novas observações foram o…”golpe de misericórdia” teórico.

No entanto, umminoria fiel à teoria…ainda não convencida da evidência do Big Bang, continuava se questionando se a observação de Penzias e Wilson não poderia ter algum outro tipo de explicação… – Hoyle, por exemplo, argumentava que… “Apenas um certo número de medidas – em frequências variadas … poderia confirmar as propriedades previstas da radiação remanescente do Big Bang”. Foi apenas no início dos anos 1970, que técnicas avançadas o suficiente para fazer tais medições…trouxeram a confirmação definitiva. No entanto, para a maioria, a discussão entre ‘estado estacionárioe ‘big bang’ já havia terminado em 1965. Defensores do estado estacionário se contentavam        em criar argumentos (‘ad hoc’) pouco plausíveis – sendo cada vez mais marginalizados.

Lá pelo início dos anos 1970, a cosmologia se tornava, cada vez mais…uma                        ciência observacional, com suas controvérsias e debates demandando uma                          arbitragem empírica. No entanto, apesar da muito melhorada – e às vezes                            inteiramente remodelada instrumentalmente…as considerações filosóficas                            permaneceram no centro da cosmologia…tendo fundamental importância                            em seu desenvolvimento seguinte – a ‘teoria inflacionária’. (texto original) **********************************************************************

Introdução Cosmológica                                                                                                                 Ao se aceitar a expansão do universo como um todo, as consequências são dramáticas. Uma simples extrapolação temporal da expansão do universo…para épocas passadas,    leva a um estado de densidade e temperatura tão altas… – que…a princípio – não tem limites; estabelecendo-se assim, um “início”…para a história cosmológica do universo.

Pode-se afirmar que a cosmologia moderna teve o seu início em 1917, quando Einstein, pela “relatividade geral” (TRG), propôs seu modelo de UniversoNa sua percepção do mundo físico, ele estabeleceu em larga escala um modelo homogêneo, isotrópico e estático. A ideia de expansão…tão popular hoje em dia, não era de forma alguma óbvia.    As soluções das equações da TRG que admitiam a expansão do universo foram obtidas pela primeira vez por Alexander Friedmann, e tornadas públicas em artigos científicos datados de 1922 e 1924. Estes trabalhos foram seguidos, de forma independente, pelas pesquisas de Georges Lemaîtrepublicadas em 1927 e 1931, e que também resultaram      em modelos de universo em expansão…Tais modelos alcançaram projeção científica, a partir da descoberta da proporção entre desvio para o vermelho, e distâncias galáticas; investigada por vários astrônomos… – mas estabelecida em 1929 – por Edwin Hubble.

edwin-hubbleEdwin Hubble já havia mostrado de modo brilhante…e definitivo – que as chamadas ‘nebulosas espirais‘, na verdade…eram objetos astronômicos… independentes de nosso sistema estelar… a ‘Via Láctea’. Sua descoberta apenas se baseara em relações empíricas das ‘observações astronômicas’.

Muitos cientistas… – contemporâneos destes desenvolvimentos científicos, não aceitaram estas ideias e assimvárias tentativas foram feitas – a fim de se evitar a cientificamente desconfortável “singularidade”, eufemismo para “fase desconhecida”, predita no Universo do Big-Bang‘. Menciona-se aqui apenas 2 delastendo como protagonistas, o astrônomo Arthur Eddingtone o astrofísico/cosmólogo Fred Hoyle, falecido em 20/08/2001 – que contribuiu de forma crucial à ciência contemporâneaDe seu legado científico, destacam-se aqui, a formação de elementos pesados” (dentro das estrelas), além de breve relato sobre recentes observações de…”supernovas”…em grandes redshifts…confirmando assim, uma de suas várias previsões, qual seja … a de um Universo emexpansão acelerada‘.

A invenção do conceito de um “universo em expansão”, decorreu de 2 aspectos – dos resultados teóricos, e de observações astronômicas. Isto significa que a expansão do universo não é um fato empírico…deduzido diretamente da observação da natureza.         Verificou-se das observações, que a luz emitida das galáxias tinha comprimentos de onda…cujos valores no espectro de luz visível…eram deslocados ao vermelho…e a relação mostrava proporcionalidade do desvio…em relação às distâncias galáticas;          como previsto nas “soluções de Friedmann e Lemaître” … para λs e distâncias.

1ª) ‘modelo Friedmann-Lemaître’, foi proposto com o fim específico de se evitar        uma…’singularidade inicial. – Neste modelo a extrapolação temporal ao passado, termina num “estado inicial“…com características semelhantes ao universo estático        de Einstein. — Em todas outras fases … é indistinguível do modelo com singularidade.

2ª) de caráter mais amplo e revolucionário, foi proposta por Fred Hoyle, Hermann Bondi e Thomas Gold em 1948 uma ‘Cosmologia do estado estacionário‘…Esta tentativa se ramifica em 2 – separadas por quase 50 anos. – A 2ª surge em 1993, após o fracasso da 1ª, sendo idealizada por…Hoyle, Geoffrey Burbidge, e pelo físico indiano Jayant Narlikar…se chamando…”Cosmologia do estado quase estacionário“…A semelhança dos nomes reflete alguns pontos em comum como se poderá ver com mais detalhe… – em seguida.

Cosmologia do estado estacionário

Em 1948, Hoyle…e, independentemente, Bondi…e Gold… – propõem o modelo do “estado estacionário“. – O universo é homogêneo, isotrópico, e espacialmente infinito… além do que — ao contrário do modelo…”Big Bang”…tem idade infinita.

O modelo expande-se como na ‘grande explosão’, mas a matéria é criada contínua, e  uniformemente, de forma a garantir a homogeneidade e isotropia. – A teoria porém,      não indica de que forma a matéria é criada…Esta violação da ‘lei da conservação‘ da matéria (lei implícita na TRG) foi contornada por Hoyle…num ‘artifício matemático’.    Ele propôs uma pequena modificação na TRG para permitir a criação de matéria… a    partir de um “reservatório” de energia negativa… À medida que a matéria é criada, a conservação da energia resulta num reservatório de energia, cada vez mais negativo.

A expansão do universo no entanto, mantém a densidade de                      energia do reservatório, e a densidade média da matéria no                             Universo, constantesDaí o termo “estacionário” na teoria.

A ideia de criação contínua de matéria foi fortemente questionada, durante as décadas de 50 e 60anos seguintes à sua proposta. Verifica-se porém que após os desenvolvimentos das “teorias inflacionárias”…a partir de meados de 1980…torna-se, de certa forma, muito mais respeitável. – Na época de sua criação, era uma teoria bastante atrativa, por atribuir uma idade infinita ao universo. Isto era uma grande vantagem, em relação à teoria do Big Bang, pela qual se calculava uma idade do Universo, cerca de 10 vezes menor que a idade geológica da Terra. Esta inconsistência básica foi por muitos anos, o principal suporte do modelo do estado estacionário. Mas, a situação mudou na década de 60. A descoberta da “radiação cósmica de fundo”…em 1965…por Arno Penzias e Robert Wilson – a revisão da estimativa da idade do Universo, à luz de novos dados observacionais a descoberta dos ‘quasares’…que, de certa formaimplicava num quadro consistente de evolução galática;  com outros avanços teóricos experimentais/observacionais, resultaram no descrédito da “teoria estacionária” e o modelo…”Big Bang”ocupou de vez o…”cenário cosmológico”.

O despertar (‘problemático’) do Big-Bang                                                                                O valor observado da densidade de matéria é obtido a partir da contagem                            de objetos luminosos (estrelas, galáxias, etc.) no Universo. A discrepância                            entre os valores … predito – e observado… é da ordem de um fator de 100.

Os modelos de Friedmann-Lemaître (‘bigbancionistas’) tornaram-se em definitivo a base do modelo cosmológico padrão, que passou a ser mais conhecido pelo termo ‘Big Bang’. Mas o modelo padrão logo revelou-se um celeiro de problemas…sendo o primeiro deles,    a discordância entre valorespredito e observadoda densidade de matéria no Universo. – O valor predito decorre do ajuste da teoria…na fase inicial da expansão, com base no cálculo de abundância química dos 1ºs elementos atômicos (‘nucleossíntese primordial’). Esses elementos: deutério, hélio e lítio, foram sintetizados na fase quente e densa do “BB“, servindo de matéria prima à formação dos demais elementos no interior das estrelas. O 2º problema está na ‘radiação cósmica de fundo‘ que, de acordo com    a teoria, é a manifestação atual da ‘grande explosão’…As observações mostram que ela é exageradamente uniforme em intensidade. – Flutuações de densidades hoje observadas    na distribuição galática…são inconsistentes com a homogeneidade da ‘radiação cósmica    de fundo’ – a menos que ajustes artificiais e hipóteses ‘ad hoc’ sejam incluídas na teoria.

O 3º problema é a “singularidade inicial“… – A expansão iniciou-se no inexplicável ponto onde todas leis da física… como assim a conhecemos, não se aplicam. – As raras tentativas de abordagem desta…”singularidade” — como… por exemplo — as ‘teorias inflacionárias’ – são difíceis de serem testadas, observacional e experimentalmente.

estado estacionario

Cosmologia do estado quase estacionário  “O universo atual está numa época de expansão, que será seguida … de uma era de contraçãoe, assim sucessivamente… – ao longo de um vasto ‘período oscilatório’… — da ordem de grandeza estimada… entre 20…e…30 bilhões de anos”.

Os problemas já delineados acima, e muitos outros mais levaram Fred Hoyle, G. Burbidge e Jayant Narlikar, em 1993, a propor um novo modelo cosmológico, nos moldes da “teoria do estado estacionário”, mas com certas correções (a teoria matemática subjacente, é uma pequena modificação da TRG, originada pela introdução de um ‘campo escalar’ adicional).  Assim, a nova teoria foi denominadacosmologia do estado quase estacionário (‘CEQE‘).  A CEQE também prevê uma criação contínuade matéria cósmica, ao invés da criação de toda matéria do universo num único evento, do tipo Big Bang. Em termos matemáticos, o estabelecimento de ‘oscilações cósmicas’…em torno da solução estacionária das equações, provoca inúmeros eventos de criação de matéria. — Dai o nome…”quase estacionária“.  A CEQE oferece cenários alternativos ao “modelo padrão”…na síntese primordial dos elementos leves (formados no interior das estrelas)e homogeneidade e isotropia da ‘CMB‘, produto datermalização da energia…liberada na criação dos elementos leves.

‘Energia escura’(a expansão acelerada)                                                                                    Após o surgimento das evidências observacionais, em especial a partir dos                          trabalhos de Edwin Hubble em favor de ‘modelos expansivos’ de Universo,                          Einstein…rapidamente…abdicou da ideia de uma “constante cosmológica”.

Um dos mais recentes, e importantes eventos…em “cosmologia observacional”…trata-se      de objetos galáticos, observados pelo “Telescópio Espacial Hubble”… – com “redshifts” próximos de 1…que se mostraram excelentes…’indicadores de distâncias‘. – Supernovas    do tipo I são objetos deficientes em hidrogênio. Há supernovas do tipo Ia, Ib (e segundo  alguns pesquisadorestambém do tipo Ic). As diferenças entre os vários subtipos são resultantes, entre outros aspectos, de diferenças nas estrelas progenitoras dos eventos e nas características da radiação emitida por supernovas. As do tipo Ia, são propriamente mais brilhantes…e resultem da explosão de anãs brancas, em sistemas binários. – Já supernovas do tipo II são ricas em hidrogênio, devendo sua origem à estrelas de grande massa. O principal objetivo das observações com supernovas do tipo Ia, é estabelecer uma extensão do “diagrama de Hubblepela relação entre “desvio para o vermelho” e distância galática, para grandes redshifts (valores em torno de 1), a fim de determinar parâmetros cosmológicos fundamentais; nesse caso, valores de desaceleração, cruciais    para “modelos de expansão” – tais como os de “Friedmann-Lemaître“, e a “CEQE“.

2 grupos de pesquisa…”Supernova Cosmology Project”…liderado por Saul Perlmutter; e o ‘High-z Supernova Team’, liderado por Brian Schmidt, usaram amostras de supernovas Ia diferentes, bem como técnicas de análise também diversas, chegando à mesma conclusão:  O universo está atualmente em expansão acelerada!… (Os valores típicos são qo<1/2, para universos abertos; qo=1/2…universo plano (Euclidiano) – e qo> 1/2…’universos fechados’. E, em termos de qo…os 2 grupos afirmam que as observações indicam valores negativos!)

Ou seja, do ponto de vista dos modelos derivados do paradigma de Friedmann-Lemaître – que preveem universos desacelerados – tal resultado é surpreendente – pois o…”parâmetro de desaceleração”          destes modelos – melhor representado por qo – é sempre positivo.

O modelo padrão pode ser reconciliado com a expansão acelerada desde que haja uma componente energética no universo responsável pela aceleração. Historicamente, uma candidata sempre à disposição dos interessados é a velha “constante cosmológica. Introduzida nas equações cosmológicas da TRG em 1917… para manter seu modelo de “universo estático” – Einstein…com este termo de “pressão negativa“…supostamente presente no universo – queria contrabalançar os… “efeitos atrativos” da gravidade.

energiaescura-grafico

A consideração de uma…constante cosmológica todavia leva a um sério problema de autoconsistência teórica…Com o advento das teorias quânticas de campo…são impostas a seus valores presumíveis… certas restrições… tão bem definidas, que de forma quase definitiva, excluem a “constante cosmológica” como solução para a questão da “expansão acelerada”… – Para se ter uma ideia da gravidade do problema… – basta mencionar que o valor preconizado pelas “teorias quânticas de campo” para a ‘constante cosmológica’… levam a um universo cuja idade seria da ordem de 10e-10 segundos; e cujo horizonte de eventos estaria a 3 cm do observador!… Com a finalidade de se preservar o ‘modelo padrão’…recorre-se então a uma alternativa energética que forneça a… “pressão negativa” … necessária à manutenção da ‘expansão acelerada’ sem sofrer das restrições impostas à ‘constante cosmológica’. Tal componente energética recebeu o nome de “energia escura“… – ou melhor…”energia desconhecida”…(mas não desqualificada).

Para o cosmólogo Michael Turnerque cunhou a expressão, tal energia tem as seguintes propriedades… – “não emite luz (radiação eletromagnética de modo geral)…”exerce grande pressão negativa (comparável, em módulo…à sua densidade de energia)e,    é aproximadamente “homogênea (desacoplada da matéria em escalas…ao menos tão grandes quanto aglomerados galáticos)…Estas propriedades…tão diversas formalmente      da ‘matéria escura‘ – comprovam que “energia“…é o termo correto para qualificá-la.      De acordo com o modelo padrão, e confirmados os resultados das supernovas, teríamos um universo constituído, aproximadamente…de 2/3 da suposta energia escura…1/3 (da suposta) matéria escura (bariônica e não bariônica)… e 1/200 de matéria luminosa!… É importante ressaltar que nesta contabilidade, está implícita a aceitação do paradigma inflacionário…o qual prevê que a soma das 3 componentes seja, exatamente igual a 1.

Segundo Turner…“o maior desafio da cosmologia moderna é entender o real significado desta energia escura”… Deve-se acrescentar, que tal entendimento é vital para a própria sobrevivência do “modelo padrão”… – E, o que preconiza a “Cosmologia Estacionária” a respeito da expansão do universo?… Desde o início, bem antes dos projetos supernovas; desde a época de Hoyle, Bondi e Gold… – e, apesar da quase unanimidade dos modelos desacelerados de Friedmann-Lemaître…justamente…uma expansão acelerada!…(texto)  ******************************(texto complementar)*******************************

BINGO“… ondas acústicas de Hidrogênio no “Universo Primitivo”                “No plasma primordial havia ondas formadas da interação matéria com radiação eletromagnética. Após a separação, estas ondas congelaram, gerando correlações          na distribuição de matéria”. (Élcio Abdalla… “coordenador do projeto” … IF/USP) 

bingo-2

O Radiotelescópio sera formado por dois espelhos refletores. Imagem: IFUSP

Em 2020 a radioastronomia chegará ao sertão brasileiro, quando deve iniciar suas operações o Radiotelescópio…“Bingo”, a ser construído em uma área na “Serra do Urubu” – sertão da Paraíba. — A maior parte do projeto será paga com recursos da “FAPESP”… e colaboração da Universidade de Manchester, da Universidade de Yangzhou – China, do Instituto Politécnico de Zurique … da University College London, e  Universidade KwaZulu/Natal — África do Sul. A construção está sendo feita pela USP, INPE, e… Universidade Federal de Campina Grande. Os projetos e simulações…são feitos no Brasil.

O radiotelescópio ganhou o nome de ‘Bingo‘; sigla para Baryon Acoustic Oscillations in Neutral Gas Observations, que são as ondas geradas pela interação dos átomos (matéria bariônica) com a radiação… — O objetivo é medir uma radiação típica do elemento mais comum do Universo (hidrogênio) numa linha de emissão eletromagnética… com 21 cms      de comprimento de onda – equivalente… em frequência… a 1,421 gigahertz (GHz)… que chega à Terra com frequências entre 0,9 e 1,2 GHz…devido à distância percorrida desde quando essa radiação foi emitida… – Nessa época…quando da separação entre radiação eletromagnética e matéria… – aproximadamente 370 mil anos após o “Big Bang“… – a elevada temperatura do plasma atômico ainda beirava em torno dos 3 mil graus Celsius.

O “Bingo”, com orçamento completo previsto em torno de R$ 23 milhões de reais, será formado por 2 espelhos refletores, com cerca de 48 e 32 metros, mais as “cornetas“, de onde os sinais captados nos espelhos serão traduzidos e tratados por seus receptores, e transmitidos ‘via internet’ em tempo real aos pesquisadores do projeto no mundo todo.    O ‘radiotelescópio’ pretende ser uma etapa intermediária – gerando pesquisas e dados preparatórios para a construção de um outro telescópio … o “Square Kilometer Array”,      que será erguido na África do Sul e Austrália – e deve ser concluído, por volta de 2025.

A coordenação do projeto – é dos professores Elcio Abdalla (Instituto de Física da USP), Carlos Alexandre Wuensche (Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais/Inpe) e Luciano Barosi de Lemos (Universidade Federal de Campina Grande UFCG). Wuensche, um dos pesquisadores à frente do projetoexplica assim as oportunidadesque o projeto trará:

“O Brasil tem uma tradição muito forte somente na área de ‘astronomia óptica’. E, nesse caso … com toda a experiência da “montagem” — muita gente pode se interessar pela “instrumentação”… que também… não é uma tradição do país”.

Wuensche ainda ressalta que…além das descobertas científicas… o investimento gerará outros benefícios — ao conferir à empresas locais a oportunidade para se qualificarem…em um empreendimento de tal tipo. – E ele, assim complementa:

“Vamos treinar professores, envolver o sistema produtivo local, buscar parcerias com o Senai da Paraíba, envolver escolas de ensino fundamental e médio do sertão, junto com    a Secretaria de Educação do Estado, levaremos internet via fibra ótica para lá. Haverá muita contrapartida ao sertão da Paraíba, uma região isolada e com poucos recursos”.

Para o Brasil, segundo Wuensche, a tarefa é um grande aprendizado; estamos aprendendo a construir grandes telescópios…Manchester e Zurique são importantes para o projeto por seu nível de experiência. Sozinhos demoraríamos bem mais. A competência adquirida por eles em instrumentação é muito maior, sendo assim… nosso progresso é bem mais rápido.

O grande diferencial do Bingo é que ele foi projetado para fazer a 1ª deteção de ‘oscilações acústicas’ de bárions, a partir de medidas da linha de hidrogênio nas frequências de rádio. Por meio das oscilações acústicas os astrofísicos podem obter mais dados sobre como essa matéria se combinou para formar galáxias, estudando assim a evolução da distribuição de matéria no Universo, através dos aglomerados galáticos…e, deduzindo as propriedades de sua chamada “parte escura“. Mas para entender o que são oscilações acústicas bariônicas, e o que é essa ‘parte escura‘ do Universo, se faz necessário voltarmos um pouco no tempo.

Pesquisando o“lado escuro”    A parte escura, a ser estudada pelo  Bingo representa 95% do universo.  

O problema da ‘matéria escura‘ se deve à constatação de que um objeto observado…em volta de uma galáxia, gira muito mais rapidamente do que permite sua massa observada. Para um ‘objeto’ poder girar — tão rápido, deveria existir muito mais massa na galáxia… – Daí então se conclui, que o Universo é cerca de 5 vezes mais pesado – do que se imaginava – A outra descoberta (energia escura) parte do pressuposto de que…desde  o Big Bang, a expansão do Universo está em processo de “desaceleração”. Porém, descobriu-se que…estrelas e galáxias estão se afastando cada vez mais rápido…evidenciando que este processo de expansão é acelerado.

As informações sobre a “parte escura” serão colhidas através das oscilações acústicas bariônicas. Isto porque quando do Big Bang a temperatura era muito elevada, portanto toda matéria do Universo, além de concentrada, estava extremamente agitada. Por esse motivo…os bárions e a radiação colidiam constantemente entre si…e o resultado dessas colisões era a formação de ondas primordiais…do tamanho de 500 milhões de anos-luz.

Após o Big Bang, quando a temperatura baixou e as partículas pararam de colidir entre si, essas ondas…”congelaram” – ainda se movimentando pelo Universo…mas sem distorções. São as chamadas “oscilações acústicas de bárions” (BAO) e existem incontáveis delas pelo Universo, se movimentando junto com a matéria…como uma onda no mar… Quando essa onda passa, toda matéria (inclusive matéria escura) como um mar se movimenta também.  Desse modo, olhando para as oscilações acústicas de bárions através do radiotelescópio, é possível analisar a distribuição da matéria. Isso acontece porque essas ondas primordiais são uma percepção da quantidade de massa que há em determinado espaço…Se há muita massa, haverá muitas ondas, e consequentemente, chega mais informação aos receptores do “Bingo”… Se a “parte escura” do Universo tiver alguma estrutura – isso será detectado.

O radiotelescópio terá 50 cornetas espalhadas pelo país, que funcionarão como receptores. Cada uma possui angulação diferente da outra. Por exemplo, uma corneta vai receber uma certa radiação de uma parte do universo — e, outra corneta receberá uma radiação 2 vezes maior – isso então significará uma fonte de energia 2 vezes maior… Quando esse processo for feito pelas 50 cornetas… – as radiações serão captadas, as informações processadas…e então, será possível distinguir regiões nas quais a fonte de energia é mais forte, outras nas quais é mais fraca… e, consequentemente… – analisar a distribuição de matéria no espaço.

frb

O primeiro FRB encontrado pelo sistema ASKAP. Com menos de 1 milissegundo de duração, é detetado numa faixa de frequências de 1.100 a 1.400 MHz. O painel superior soma todos canais de frequência. (Ryan Shannon, CSIRO / Curtin University)

“Fast Radio Burst”

Além de observar a ‘parte escura‘ do Universo, sua principal função, o Bingo também poderá observar um fenômeno chamadoFast Radio Burst…Isto é, em 2007…um grupo de pesquisadores da Austrália estava observando o universo….quando de repente, eles captaram um fenômeno…algo assim como um “pico de energia”… – A princípio, acharam que era alguma interferência do laboratório…mas, quando observaram com maior detalhe … perceberam que aquele sinal…era recebido de muito longe… Vinha de tão longe… – que…para hoje ainda ter tamanha intensidade após os bilhões de anos luz que viajou, teria que ter sido originalmente emitido, da maior fonte energética de todo o Universo, disse Abdalla.  Nos últimos 10 anos… foram captados cerca de 20 destes fenômenos…e ao que tudo indica, o “Bingo” será capaz de observar um… a cada duas semanas.

“Futuramente, vamos poder fazer modelos muito mais detalhados sobre o “Fast Radio Burst”…Isso pode ter uma consequência astrofísica enorme, pois provavelmente, estes são os maiores eventos cósmicos, e ainda não temos certeza do que são”, concluiu o pesquisador da USP.

No total, quatorze áreas no país foram avaliadas para sediar o radiotelescópio. A região na Serra do Urubu foi escolhida por seu isolamento e por contar com um paredão de cerca de 80 metros, capaz de minimizar a contaminação por ondas de rádio provenientes de torres de telefonia celular e enlaces de rádio… Além disso, do ponto de vista técnico e logístico, o apoio da Universidade Federal de Campina Grande foi essencial na ajuda das negociações locais com a prefeitura, incluindo liberação do terreno, via de acesso…mais infraestrutura.

Dizemos que o Universo está em expansão acelerada, mas não sabemos exatamente o por quê, e por não conhecermos a origem deste fenômeno, o chamamos de ‘energia escura’. É possível então que o “Bingo” ajude a desvendar esse mistério, dando grande contribuição à nossa compreensão do universo, a um custo bem acessível. As informações obtidas com o radiotelescópio devem também ajudar para testar a hipótese do grupo da USP, de que a “energia escurapoderia interagir com a “matéria escura”…explicando assim a formação,  e distribuição de massas no universo. (texto 1) (texto 2) (texto 3) (texto 4) # (p/ consulta***********************************************************************************

Cientistas recriam acidentalmente em laboratório a detonação do Big Bang    Uma equipe liderada por Kareem Ahmed – professor assistente do Dpto de Engenharia Mecânica e Aeroespacial da ‘UCF’…testava métodos para ‘propulsão a jato hipersônica’ quando descobriu que uma simples chama — poderia acelerar e explodir por si própria.bigbang

Pergunte a um cientista sobre o nascimento do Universo, e ele provavelmente dirá que tudo começou com o “Big Bang”. O que ninguém sabe, no entanto, é o que causou esse fenômeno cósmico. – Alguns suspeitam de uma “estrela hipermassiva” explodindo emhipernova… — mas o problema…é que ninguém sabe exatamente o que acontece com essas estrelas também. – Entretanto, essa história pode estar mudando…graças a uma equipe de pesquisadores da Universidade da Flórida Central‘…que diz ter descoberto,      sem querer, as condições necessárias para a explosão do Big Bang, em seu laboratório.

“Explorando reações supersônicas de propulsão, encontramos como resultado,                    um mecanismo que parecia muito interessante”disse Ahmed“Percebemos                    sua relação imediata – com algo tão profundo…quanto a origem do Universo.”

O que sua equipe descobriu foi que a ‘turbulência’ poderia fazer com que uma…”chama passiva”, como a de uma vela, se acelerasse…até explodir. A partir daí, eles criaram um tubo de choque de 2×2 polegadas…induzindo a turbulência necessária para ativar uma chama. Essencialmente, os pesquisadores descobriram um modo de criar ‘Little Bangs’ simulando o nascimento do nosso Universo…basicamente, acelerando uma chamaà velocidade de 5 vezes a velocidade do som. – Eles detalharam o trabalho em um artigo    publicado na “Science…Além de possíveis aplicações em viagens aéreas e espaciais, os pesquisadores creem na possibilidade do estudo vir a incrementar nossa compreensão      do Big Bang“…e talvez atéde alguma coisa – que o precedeu. (texto base) nov/2019   

Sobre Cesarious

estudei Astronomia na UFRJ no período 1973/1979.
Esse post foi publicado em astronomia, cosmologia, física e marcado , , , . Guardar link permanente.

3 respostas para BIG, BANG!…BOOM (“BINGO”)

  1. JMFC disse:

    Uma interessante resenha histórica da evolução do conhecimento cosmológico no século XX.

    Curtido por 1 pessoa

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