Três exoplanetas conhecidos não são o que pareciam ser

 

 Entre os mais de 5 mil exoplanetas descobertos até hoje, pelo menos três deles foram reclassificados. Imagem: NASA/JPL-Caltech

Já faz três décadas que a astronomia descobriu que existem mundos além do nosso sistema solar. Desde então, mais de 5 mil exoplanetas foram confirmados em outros sistemas de Via Láctea, e os cientistas detectaram quase a mesma quantidade de “candidatos” – objetos que podem ser planetas, mas ainda não foram confirmados como tais.

Em um estudo publicado no Astronomical Journal, pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) relatam que três (ou, provavelmente, quatro) planetas que foram originalmente descobertos pelo Telescópio Espacial Kepler, da Nasa, são de fato classificados erroneamente. Na verdade, eles têm mais chances de serem pequenas estrelas. 

Segundo a equipe, foram usadas medições atualizadas das estrelas que hospedam os planetas para verificar novamente o tamanho dos corpos, e identificou-se que três deles são simplesmente grandes demais para serem planetas. Com novas e melhores estimativas de propriedades estelares, os pesquisadores descobriram que os três objetos, conhecidos como Kepler-854b, Kepler-840b e Kepler-699b, agora são estimados entre duas e quatro vezes o tamanho de Júpiter. 

Exoplanetas devem ter, no máximo, o tamanho de Júpiter

“A maioria dos exoplanetas são do tamanho de Júpiter ou muito menores. Duas vezes [o tamanho de] Júpiter já é suspeito. Maior do que isso não pode ser um planeta, que foi o que encontramos”, diz o primeiro autor do estudo, Prajwal Niraula, estudante de pós-graduação do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias do MIT. 

Um quarto planeta, Kepler-747b, tem cerca de 1,8 vezes o tamanho de Júpiter, o que é comparável aos maiores planetas confirmados. No entanto, ele está relativamente longe de sua estrela, e a quantidade de luz que recebe é muito pequena para sustentar um planeta de seu tamanho. O status planetário do Kepler-747b, conclui a equipe, é suspeito, mas não totalmente implausível. 

“No geral, esse estudo torna a lista atual de planetas mais completa”, declarou um dos coautores, Avi Shporer, cientista pesquisador do Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT. “As pessoas confiam nesta lista para estudar a população de planetas como um todo. Se você usar uma amostra com alguns intrusos, seus resultados podem ser imprecisos. Portanto, é importante que a lista de planetas não seja contaminada”. Outros coautores do estudo são Ian Wong, bolsista do programa de pós-doutorado da Nasa no Goddard Space Flight Center, e Julien de Wit, professor assistente do MIT. 

O objetivo inicial da pesquisa não era a reclassificação desses corpos. Niraula, originalmente, pretendia procurar sistemas com sinais de distorção de maré. “Se você tiver dois objetos próximos um do outro, a atração gravitacional de um fará com que o outro fique em forma de ovo, ou elipsoidal, o que lhe dá uma ideia de quão grande é o companheiro”, explica o astrônomo. “Então, você pode determinar se é um sistema estrela-estrela ou estrela-planeta, apenas com base nessa força de maré”. 

Ao vasculhar o catálogo do Kepler, ele encontrou um sinal do Kepler-854b que parecia grande demais para ser verdade. “De repente, tivemos um sistema onde vimos este sinal elipsoidal que era enorme, e imediatamente soubemos que não poderia ser de um planeta”, diz Shporer. “Então, pensamos, algo não bate”. 

Tal como acontece com todos os planetas revelados pelo Kepler, o Kepler-854b foi identificado através de uma detecção de trânsito – uma queda periódica na luz das estrelas que sinaliza um possível planeta passando na sua frente. 

A profundidade do sombreamento representa a razão entre o tamanho do planeta e o de sua estrela. Os astrônomos podem calcular o tamanho do planeta com base no que sabem sobre o tamanho da estrela. Mas, como o Kepler-854b foi descoberto em 2016, seu tamanho foi baseado em estimativas estelares que eram menos precisas do que são hoje. 

Medições estão mais precisas nos dias atuais

Atualmente, as medições mais precisas de estrelas vêm da missão Gaia, da Agência Espacial Europeia (ESA), um observatório espacial projetado para medir e mapear com precisão as propriedades das estrelas na Via Láctea. 

Em 2016, as medições do Kepler-854 de Gaia ainda não eram acessíveis. Dadas as informações estelares disponíveis, o objeto parecia ser um planeta de tamanho plausível. Niraula descobriu, no entanto, que com as estimativas aprimoradas de Gaia, Kepler-854b acabou sendo muito maior, com três vezes o tamanho de Júpiter. “Não há como o universo fazer um planeta desse tamanho”, diz Shporer. “Isso simplesmente não existe”. 

Quando a equipe confirmou que Kepler-854b era um “falso positivo” planetário — não um planeta, mas uma pequena estrela orbitando uma estrela hospedeira maior — eles se perguntaram se poderia haver mais casos como esse. 

Niraula analisou os mais de 2 mil planetas do catálogo Kepler, desta vez procurando por atualizações significativas do tamanho das estrelas detectadas por Gaia. Então, ele finalmente descobriu três estrelas cujos tamanhos mudaram significativamente com base nas medições aprimoradas de Gaia. 

A partir dessas estimativas, a equipe recalculou o tamanho dos planetas que orbitam cada estrela e descobriu que eles tinham cerca de duas a quatro vezes o tamanho de Júpiter. “Essa foi uma bandeira muito grande”, diz Niraula. “Temos três objetos que agora não são planetas, e o quarto provavelmente também não é”.

Fonte: Olhar Digital

Telescópio James Webb observa nova estrela após concluir etapa de alinhamento

 

Imagem da estrela 2MASS J17554042+6551277, acompanhada de outras estrelas e galáxias ao fundo; a foto tem filtro vermelho, aplicado para otimizar o constraste visual (Imagem: Reprodução/NASA/STScI)

No fim, o telescópio não registrou somente a estrela, mas també

m objetos ao fundo. Como a sensibilidade do sistema óptico é altíssima, outras estrelas e até galáxias foram registradas.

“Nós alinhamos completamente [o sistema] e focamos o telescópio em uma estrela, e a performance está excedendo as expectativas”, comemorou Ritva Keski-Kuha, vice-gerente de elementos ópticos do James Webb. “Agora, sabemos que construímos o telescópio certo”.

Já Thomas Zurbuchen, administrador associado da NASA, celebrou o design único do James Webb. “Há mais de 20 anos, a equipe do Webb começou a trabalhar no telescópio mais poderoso já levado ao espaço, e criou um design óptico audacioso para cumprir objetivos científicos ambiciosos”, disse. “Hoje, podemos comemorar que esse design vai entregar o que prometeu”.

O telescópio James Webb é formado por um espelho primário de 6,5 m, dividido em 18 segmentos hexagonais que, juntos, formam uma única superfície refletora.

"Selfie" produzida por uma lente do instrumento NIRCam, mostrando todos os segmentos do espelho primário coletando luz de uma única estrela (Imagem: Reprodução/NASA/STScI)

Ao longo das próximas seis semanas, a equipe do telescópio continuará o trabalho nas fases de alinhamento pendentes antes de começar a preparar os instrumentos científicos. Com a ajuda de um algoritmo, eles irão alinhar o telescópio para incluir os instrumentos Near-Infrared Spectrograph, Mid-Infrared Instrument e Near InfraRed Imager and Slitless Spectrograph.

Encerrada esta etapa, chegará o momento de iniciar o alinhamento final, o momento em que a equipe corrigirá eventuais erros de posicionamento dos segmentos do espelho. A equipe do telescópio espera finalizar todas as etapas do alinhamento do elemento óptico até o início de maio — mas pode ser que consigam concluí-las antes; depois, a preparação dos instrumentos científicos deverá durar dois meses.

As primeiras imagens em resolução completa e dados científicos devem ser publicados em meados da metade do ano. Quando iniciar suas operações científicas, o telescópio poderá investigar as origens do universo, exoplanetas ao redor de estrelas distantes e mais.

Buracos negros supermassivos podem ser feitos de matéria escura

 

A formação de buracos negros supermassivos no início do universo pode estar diretamente relacionada à matéria escura, segundo um novo estudo. Físicos teóricos do Laboratório Nacional de Brookhaven desenvolveram um modelo para explicar como esses gigantes primordiais teriam sido formados por partículas ultraleves e, até agora, indetectáveis.

Existem dois tipos de buracos negros: os de tamanho estelar, formados com o colapso de uma estrela massiva, e os supermassivos (ou SMBHs, da sigla em inglês), cuja origem é desconhecida. Os SMBHs provavelmente estão presentes no centro de cada galáxia do universo.

Outro problema é que os SMBHs mais antigos observados são muito velhos, ou melhor, se formaram muito cedo, em uma época em que o universo ainda não conseguia formar buracos negros pelos mecanismos que os cientistas conhecem. Com a frequência de interações entre partículas conhecidas, a matéria não colapsaria em grandes buracos negros com muita eficiência.

Por sua vez, a matéria escura é ainda mais misteriosa, já que não interage com a matéria “comum” senão por meio da gravidade. Com isso, os astrônomos podem apenas pressupor que a matéria escura existe porque existe algo no halo das galáxias mantendo-as em seus formatos atuais.

Uma das características dos áxions é a baixa massa — os modelos sugerem que eles seriam 28 ordens de magnitude mais leves que os prótons. Se isso for verdade, pode ser que eles tenham sido responsáveis pelo surgimento dos SMBHs.

Para mostrar como isso seria possível, os autores do novo estudo desenvolveram um modelo para descrever um setor “escuro” do universo, isto é, ocupado por matéria não bariônica. Nele, as partículas ainda desconhecidas pela ciência seriam abundantes e raramente poderiam interagir entre si.

De acordo com os autores do estudo, todas essas questões sem respostas poderiam ser resolvidas se houvesse um “setor escuro” com áxions ultraleves no universo primitivo. As condições poderiam, então, ser adequadas para “uma forma muito eficiente de colapso”, escreveram.

Com a interação de áxions ultraleves, não só a matéria escura seria explicada, mas também o crescimento de buracos negros supermassivos. “Nós teorizamos como as partículas no setor escuro podem passar por uma transição de fase que permite que a matéria colapse de forma muito eficiente em buracos negros”, disse Peter Denton, um dos autores da pesquisa.

O processo de colapso seria semelhante ao atual, que forma buracos negros de massa estelar. Com o esfriamento do universo, gravidade assume o controle em aglomerados de partículas, enquanto a pressão interna diminui. Assim, a matéria colapsa sobre si mesma.

Porém, naquele contexto do universo primordial, as partículas conhecidas não poderiam passar por esse processo. Mas para os áxions ultraleves, a história seria diferente. Ainda não há como comprovar a ideia, mas os autores do estudo sugerem que as ondas gravitacionais desse evento podem ser detectadas.

Infelizmente, ainda não existem detectores capazes de encontrar ondas gravitacionais de colapsos no início do universo, mas os futuros instrumentos podem mudar esse cenário. E, com base na forma das ondas, os físicos poderão se aprofundar nos detalhes da formação de buracos negros supermassivos.

O novo artigo foi publicado na Physical Review Letters.

Depósitos de sedimentos em cratera de Marte revelam processos do passado

Imagens produzidas pela câmera High Resolution Imaging Experiment (HiRISE), da sonda Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), nos mostram um pouco das formações geológicas curiosas na cratera Danielson, em Marte. Algumas das imagens foram divulgadas no início do mês e mostram padrões ondulados e coloridos, formados por camadas de sedimentos que preenchem o interior da cratera.

A cratera Danielson tem 67 km de diâmetro, fica a norte do equador de Marte e é de grande interesse para os geólogos espaciais. Os depósitos de sedimentos em camada podem ser encontrados em todo o planeta, mas no caso desta cratera, eles são ainda mais impressionantes e estão em boas condições de preservação. Curiosamente, as camadas parecem ter espaçamentos parecidos entre si, com diferentes níveis de erosão.

Imagem da cratera em 2012, com estruturas que lembram degraus (Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech/UArizona)

Perceba que algumas camadas parecem formar degraus, com camadas de material mais fraco no interior delas. É possível que a uniformidade destas camadas mostre que elas não foram formadas por processos aleatórios (como impactos, por exemplo), mas sim por processos regulares e repetitivos que, de pouco a pouco, depositaram as camadas observadas.

Em uma publicação, a NASA explica que as rochas ali podem ter sido formadas há milhões ou até bilhões de anos, quando sedimentos soltos se acomodaram ali uma camada por vez; depois, eles foram cimentados no local. As variações cíclicas nas propriedades desses sedimentos fizeram com que algumas camadas fossem mais resistentes à erosão que outras e, com o tempo, as camadas mais altas começaram a se projetar para fora, como degraus.

Detalhe das rochas sedimentares e areia no interior da cratera Danielson (Imagem: Reprodução/NASA/JPL-Caltech/University of Arizona)

Já nestas formações, os ventos espalharam areia de aparência azulada, menos escura e vermelha que seus arredores, e formou os padrões que vimos aqui. Em menos escala, existem grandes regiões de rocha altamente fragmentada. Como elas estão em pedaços que se encaixam com perfeição, é possível que este processo tenha ocorrido após os depósitos se transformarem em rochas.

Apesar de não estar claro como se formaram, os depósitos podem ter sido originados ao longo de escalas de tempo anuais ou, quem sabe, ainda mais longas. Alguns cientistas sugerem que o processo periódico em questão tenha sido o resultado das mudanças climáticas associadas às mudanças orbitais de Marte, mas também é possível que águas subterrâneas sejam as responsáveis.

Imagens como essas ajudam os cientistas a conseguir medidas da espessura das camadas sedimentares que, junto de informações de como elas variam ao longo do tempo, podem permitir um melhor entendimento do passado de Marte e os processos envolvidos, provavelmente relacionados ao clima do planeta.

Fonte: NASA, University of Arizona

A questão dos nomes astronomia, astrofilia e o significado da astronomia amadora.

 

D. Pedro II (1825-1891)

No dia 2 de Dezembro é conhecido nacionalmente como 'dia do astrônomo'. Esse é também o dia de nascimento de Pedro de Alcântara ou D. Pedro II que é reconhecido (merecidamente) como patrono da astronomia brasileira. Sempre nesse dia surge a dúvida se a comemoração deve incluir não somente os astrônomos profissionais mas os amadores também. Para tentar resolver a dúvida, devemos antes discutir um pouco sobre o significado próprio dos nomes usados para designar a ciência da astronomia e a prática da observação do céus "sem compromisso", como realizada por amadores.

Por que as ciências que estudam fenômenos, ocorrências relacionados à vida se chama "biologia", e aquela que estuda fenômenos e ocorrências relacionados aos astros se chama "astronomia"? Além disso, não se fala em uma 'física amadora' ou uma 'biologia amadora'; não se ouve falar (em clubes) de 'físicos amadores' ou 'biólogos amadores', então, porque existiria 'astronomia amadora'? 

A julgar pela disposição das palavras, o certo seria substituir "astronomia" por "astrologia" (no mesmo sentido de "biologia"), enquanto que o significado presente de "astrologia" deveria ser "astromancia" (de 'mancia' que significa 'adivinhação, ou seja, a astromancia seria a prática da adivinhação futura pela observação dos astros). 

O mesmo ocorre com o uso do temo 'astrônomos amadores' para designar pessoas que têm interesse diletante pelos astros. De fato, a astronomia amadora nada tem de científica na acepção correta desse termo porque a atividade dos 'astrônomos amadores' apenas guarda com os astrônomos profissionais o objeto da observação dos astros. Astrônomos amadores, com raríssimas exceções, não estão envolvidos com o desenvolvimento ou exploração ativa de um paradigma científico ou teorias criadas para explicar fenômenos celestes.

De fato, pode-se destacar três "áreas de atuação" para astrônomos amadores:

1. Especialização na aquisição de imagens de corpos celestes por meio de equipamentos construídos amadoristicamente ou adquiridos no mercado. São os "imagers" em inglês;
2. Dedicar-se ao ensino e divulgação de astronomia para crianças, jovens e adultos;
3. Colaborar com alguma campanha de observação no levantamento de dados em rede para uso por profissionais (estrelas variáveis, cometas, análise de dados online de projetos de 'big science': telescópios espaciais etc) ;

Recentemente, surgiu uma quarta classe de 'interessados em astronomia', que não observam nada no céu, mas passam horas na frente de computadores replicando mensagens e textos de material sobre astronomia e imagens astronômicas. De qualquer forma, a chance de uma contribuição efetiva ao progresso da ciência astronômica só é relevante com o terceiro grupo listado acima e, mesmo assim, na dependência das descobertas serem validadas por algum profissional.

Apenas porque têm um interesse diletante pelo céu, quando chegam mesmo a desenvolver algumas técnicas de observação, ou se valem de recursos tecnológicos semelhantes a de astrônomos profissionais, não os coloca no mesmo patamar de atividade desses últimos...

Porém, muitos diletantes em astronomia amadora acabam fazendo eco a vozes do cientificismo ingênuo de nossa época e pregam uma 'religião cética', quando pretendem extrapolar as descobertas específicas da ciência astronômica para qualquer outro fenômeno. Mas,  ciência de verdade nada tem a ver com esse cientificismo. Ciência é uma atividade complexa, que exige anos de treinamento e dedicação e que não se resume a tirar algumas fotos do céu ou fazer um relatório de observação.

Mas, existiria um nome mais preciso para designar a prática da astronomia amadora conforme as três classes descritas acima? Uma boa sugestão seria talvez um neologismo como 'astrofilia': astrônomos amadores seria 'astrófilos' ou praticantes da 'astrofilia' (sem o termo amador adicional, 1).

O fato é que, consagrado pelo uso e sem nenhuma referência à lógica da semântica original dos radicais, a atividade de 'astronomia amadora' está incorporada em parte ao imaginário popular como uma prática científica, mas ela verdadeiramente não é. Isso não muda em nada o fato de que as comemorações do dia 2 de dezembro devem, merecidamente, abarcar todo os interessados, sejam eles profissionais ou meros amantes do céu.

Gelo antigo revela misteriosa tempestade solar

 

Através da análise de amostras de gelo da Groenlândia e da Antártica, uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Lund, na Suécia, encontrou evidências de uma tempestade solar extrema que ocorreu cerca de 9.200 anos atrás. O que intriga os pesquisadores é que a tempestade ocorreu durante uma das fases mais calmas do sol – durante a qual geralmente se acredita que nosso planeta esteja menos exposto a esses eventos. 

O Sol é um pré-requisito para a vida na Terra. Mas nosso companheiro de doação de vida também pode causar problemas. Quando há uma forte atividade na superfície do sol, mais energia é liberada, algo que pode dar origem a tempestades geomagnéticas. Isso, por sua vez, pode causar falta de energia e distúrbios de comunicação. 

Prever tempestades solares é difícil. Atualmente, acredita-se que eles sejam mais prováveis durante uma fase ativa do sol, ou no máximo solar, durante o chamado ciclo de manchas solares. No entanto mostra que nem sempre é o caso de tempestades muito grandes. 

“Estudamos amostras de perfuração da Groenlândia e da Antártica e descobrimos vestígios de uma enorme tempestade solar que atingiu a Terra durante uma das fases passivas do sol, cerca de 9.200 anos atrás”, diz Raimund Muscheler, pesquisador de geologia da Universidade de Lund. 

Os pesquisadores vasculharam as amostras das brocas em busca de picos dos isótopos radioativos berílio-10 e cloro-36. Estes são produzidos por partículas cósmicas de alta energia que atingem a Terra e podem ser preservados em gelo e sedimentos. 

“Este é um trabalho analítico demorado e caro. Portanto, ficamos agradavelmente surpresos quando encontramos esse pico, indicando uma tempestade solar gigante até então desconhecida em conexão com a baixa atividade solar “, diz Raimund Muscheler. 

Se uma tempestade solar semelhante ocorresse hoje, poderia ter consequências devastadoras. Além de falta de energia e danos à radiação nos satélites, isso pode representar um perigo para o tráfego aéreo e os astronautas, bem como um colapso de vários sistemas de comunicação. 

“Atualmente, essas tempestades enormes não estão suficientemente incluídas nas avaliações de risco. É da maior importância analisar o que esses eventos podem significar para a tecnologia atual e como podemos nos proteger “, conclui Raimund Muscheler.

Fonte: sciencedaily.com

Formação estelar na Nebulosa da Águia

 

 Crédito de imagem: NASA , ESA , Hubble ; Processamento e direitos autorais: Ignacio Diaz Bobillo & Diego Gravinese

Onde as estrelas se formam? Um lugar, regiões de formação de estrelas conhecidas como "EGGs", estão sendo descobertas no final deste gigante pilar de gás e poeira na Nebulosa da Águia (M16). Abreviação de glóbulos gasosos em evaporação , os EGGs são regiões densas de gás hidrogênio principalmente molecular que se fragmentam e colapsam gravitacionalmente para formar estrelas . A luz da mais quente e brilhante dessas novas estrelas aquece a extremidade do pilar e causa mais evaporação de gás e poeira - revelando ainda mais OVOs e mais estrelas jovens. Esta imagem em destaquefoi criado a partir de exposições de mais de 30 horas com o Telescópio Espacial Hubble em órbita da Terra em 2014 e processado digitalmente com software moderno por voluntários experientes na Argentina . Estrelas recém-nascidas destruirão gradualmente seus pilares de nascimento nos próximos 100.000 anos ou mais – se uma supernova não as destruir primeiro.

Fonte: apod.nasa.gov

Como surgiram as primeiras estrelas do Universo? Cientistas tentam replicar observações da “alvorada cósmica”

 

Representação artística de algumas das primeiras estrelas do Universo. Acredita-se que elas emergiram em uma “alvorada cósmica” centenas de milhões de anos após o Big Bang. Crédito: Nicolle R. Fuller/National Science Foundation

A primeira grande tentativa de replicar a evidência impactante da “alvorada cósmica” – o aparecimento das primeiras estrelas do Universo 180 milhões de anos após o Big Bang – deixou o cenário confuso. Quatro anos depois que radioastrônomos relataram ter encontrado um sinal da alvorada cósmica, o radioastrônomo Ravi Subrahmanyan e seus colaboradores descrevem como fizeram uma antena flutuar em um represa no rio Sharavati, no estado indiano de Karnataka, em busca desse sinal. “Quando procuramos por ele, não o encontramos”, afirma Subrahmanyan, que liderou o trabalho no Instituto Raman de Pesquisa, em Bengaluru, Índia. Os resultados de sua equipe foram publicados na Nature Astronomy em 28/02/2022. 

Os achados são “um marco muito importante no campo”, afirma Anastasia Fialkov, física teórica na Universidade de Cambridge, Reino Unido. Ela e outros colegas não estavam convencidos de que os sinais da alvorada cósmica eram reais. Os resultados da equipe do Raman são os primeiros a testar seriamente as observações anteriores, afirma Fialkov. Mas ela acredita que eles ainda não podem descartá-las completamente. 

A primeira detecção

Os resultados originais causaram alvoroço nos círculos de cosmologia, pois eram os primeiros a afirmar que descobriram sinais da alvorada cósmica. A luz das estrelas mais antigas no Universo Observável teve que viajar quase 14 bilhões de anos para alcançar a Terra. Assim, até agora, ela é muito fraca para ser vista diretamente com telescópios comuns. Mas radioastrônomos buscam por um efeito indireto usando o espectro de ondas de rádio. A luz ultravioleta das primeiras estrelas deve ter deixado o hidrogênio interestelar, normalmente transparente na maior parte do espectro eletromagnético, levemente opaco em um comprimento de onda de rádio específico. 

Em 2018, astrônomos relataram ter visto uma queda no espectro de rádio primordial, centrada em uma frequência de cerca de 78 megahertz. Em seguida, a equipe acreditou tratar-se de evidência da alvorada cósmica. Os pesquisadores usaram um instrumento com o formato de uma mesa de centro no outback australiano, chamado Experimento para Detectar a Época Global de Assinatura de Reionização (em tradução livre; EDGES, na sigla em inglês). 

Mas o sinal do EDGES parecia ser bom demais para ser verdade. A queda no espectro era mais profunda e larga do que as teorias cosmológicas previam. Para explicar o tamanho deste sinal, físicos teóricos propuseram uma gama de mecânicas exóticas, como a presença de partículas elementares anteriormente desconhecidas, com cargas elétricas milhares de vezes menores que a de um elétron. 

Diversos outros pesquisadores mostraram-se preocupados, enfatizando a dificuldade de encontrar a assinatura de rádio da alvorada cósmica. As ondas de rádio do Universo jovem são “afogadas” pela cacofonia de ruído produzida por fontes pela galáxia, que são milhares de vezes mais intensas. Procurar por sinais primordiais no espectro é comparável a tentar encontrar silhuetas de árvores no topo de uma montanha a milhares de quilômetros de distância, explica Saleem Zaroubi, astrofísica na Universidade de Groningen, na Holanda. 

Para subtrair o espectro galáctico corretamente, pesquisadores têm de calcular com precisão a maneira como seu instrumento e o ambiente ao redor respondem a diversos comprimentos de onda de rádio, também conhecido como “sistemática” do experimento. Por exemplo, a equipe do EDGES trabalhou duro para modelar os efeitos causados pelo solo do deserto no Observatório de Radioastronomia de Murchison, no oeste da Austrália, e passou dois anos revisando os dados antes de publicá-los. Mas alguns cientistas ainda não estavam convencidos.  

Novos experimentos

Desde então, diversos experimentos competidores vêm tentando checar as descobertas do EDGES. Em uma tentativa de escapar da confusão gerada pela interferência de frequências de rádio de atividades humanas – em particular de estações de rádio FM – as equipes montam antenas em algumas das regiões mais remotas da Terra. 

Subrahmanyan – agora na CSIRO (Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation) em Perth, Austrália – optou pela abordagem inovadora de ir sobre as águas. Ele e sua equipe foram para lagos na Índia para fazer flutuar diversas encarnações de seu instrumento, chamado de Medição do Espectro de Fundo de Rádio de Antena Formatada (SARAS, na sigla em inglês). A SARAS tinha um formato cônico com o objetivo de facilitar o cálculo de sua resposta a ondas de rádio, e a água abaixo significa que a equipe não precisou lidar com a estrutura incerta ou com as propriedades de rádio do terreno. 

“Eu fiquei impressionado pela esperteza que eles aplicaram no design do instrumento”, afirma Lincoln Greenhill, radioastrônomo no Centro Harvard–Smithsonian para Astrofísica, em Cambridge, Massachusetts (EUA). 

A equipe do SARAS inicialmente experimentou em lagos de alta altitude, mas a água ou tinha muito sal, ou pouco muito sal, o que afetava como ela transmitia ondas de rádio. Eventualmente, os pesquisadores encontraram perto de casa um lago com a salinidade ideal. Eles coletaram dados com uma antena chamada SARAS 3, flutuada em um bote de isopor em uma represa ao longo do lago Sharavati, em março de 2020. 

Subrahmanyan  afirma que os resultados da SARAS 3 eliminam a detecção de sinais da alvorada cósmica do EDGES. “No que nos diz respeito, ela não é astrofísica”, afirma ele. A causa da queda nas medições observada pelo EDGES é, possivelmente, um erro instrumental, notam os autores em seu artigo. No entanto, Subrahmanyan  afirma que é difícil especular sobre que tipo de efeito poderia produzir o resultado de 2018. 

Ainda não acabou

“Estamos felizes em ver a SARAS 3 funcionando bem e capaz de fazer medições nos níveis necessários para busca de sinais espectrais similares aos que encontramos nas observações do EDGES”, afirma Judd Bowman, astrônomo na Universidade do Estado do Arizona em Temple (EUA), e cientista líder do EDGES. Mas Bowman não está convencido que a SARAS 3 eliminou os resultados de sua equipe. “Esses são instrumentos desafiadores e muitos dos problemas sistemáticos que podem afetar o EDGES também podem ocorrer para a SARAS 3”, afirma ele. 

A equipe da SARAS não bateu o martelo nas descobertas do EDGES, afirma Cynthia Chiang, radioastrônoma na Universidade McGill em Montreal, Canadá. “Longe disso”, afirma ela. Chiang lidera um experimento que busca detectar sinais da alvorada cósmica nas Ilhas do Príncipe Eduardo, na costa da África do Sul. Ela também está envolvida em um experimento no Ártico canadense e em um outro que talvez seja montado nos Andes chilenos. 

Diversos outros trabalhos estão em andamento, e mais estão iniciando. Subrahmanyan está começando um novo experimento no CSIRO, e seu antigo colaborador em Raman, o cosmólogo experimental Saurabh Singh, irá continuar os testes em uma nova antena SARAS. Singh  também está participando de uma proposta na Organização de Pesquisa Espacial Indiana para uma espaçonave que poderia escapar da interferência na frequência de rádio da Terra ao conduzir medições no lado distante da Lua. Qualquer que seja o destino das observações do EDGES, Singh afirma que a equipe por trás delas merece crédito por reaver o interesse na alvorada cósmica.  “Ela reviveu essa área de pesquisas”, afirma ele.

Fonte: sciam.com.br

Minúscula estrela libera feixe gigantesco de matéria e antimatéria

 

 Crédito da imagem: Raio-X: NASA/CXC/Stanford Univ./M. de Vries; Óptico: Consórcio NSF/AURA/Gemini

Esta imagem do  Observatório de Raios-X Chandra da NASA  e de telescópios ópticos terrestres mostra um feixe extremamente longo, ou filamento, de matéria e antimatéria que se estende de um  pulsar relativamente pequeno , conforme relatado em nosso  último comunicado de imprensa . Com sua tremenda escala, esse feixe pode ajudar a explicar o número surpreendentemente grande de  pósitrons , as contrapartes de antimatéria dos  elétrons , que os cientistas detectaram em toda a Via Láctea. 

O painel à esquerda mostra cerca de um terço do comprimento do feixe do pulsar conhecido como PSR J2030+4415 (J2030 abreviado), localizado a cerca de 1.600 anos-luz da Terra. J2030 é um objeto denso do tamanho de uma cidade que se formou a partir do colapso de uma estrela massiva e atualmente gira cerca de três vezes por segundo. Raios-X do Chandra (azul) mostram onde as partículas que fluem do pulsar ao longo das linhas do campo magnético estão se movendo a cerca de um terço da velocidade da luz . 

Uma visão de perto do pulsar no painel direito mostra os raios-X criados por partículas voando ao redor do próprio pulsar. À medida que o pulsar se move pelo espaço a cerca de um milhão de milhas por hora, algumas dessas partículas escapam e criam o filamento longo. Em ambos os painéis, a luz ópticadados do telescópio Gemini em Mauna Kea, no Havaí, foram usados ​​e aparecem em vermelho, marrom e preto. O comprimento total do filamento é mostrado em uma imagem separada . 

A grande maioria do Universo consiste em matéria comum em vez de antimatéria . Os cientistas, no entanto, continuam a encontrar evidências de um número relativamente grande de pósitrons em detectores na Terra, o que leva à pergunta: quais são as possíveis fontes dessa antimatéria? Os pesquisadores do novo estudo Chandra de J2030 pensam que pulsares como esse podem ser uma resposta. A combinação de dois extremos – rotação rápida e campos magnéticos altos de pulsares – levam à aceleração de partículas e radiação de alta energia que cria pares de elétrons e pósitrons. (O processo usual de conversão de massa em energia, notoriamente determinado pela equação E = mc 2 de Einstein, é invertido e a energia é convertida em massa.) 

Os pulsares geram ventos de partículas carregadas que geralmente estão confinadas em seus poderosos campos magnéticos . O pulsar está viajando pelo espaço interestelar a cerca de meio milhão de milhas por hora, com o vento atrás dele. Um choque de gás na proa se move na frente do pulsar, semelhante ao acúmulo de água na frente de um barco em movimento. No entanto, cerca de 20 a 30 anos atrás, o movimento do choque do arco parece ter parado e o pulsar o alcançou. 

A colisão que se seguiu provavelmente desencadeou um vazamento de partículas, onde o campo magnético do vento pulsar se ligou ao campo magnético interestelar. Como resultado, os elétrons e pósitrons de alta energia podem ter esguichado através de um "bico" formado pela conexão com a Galáxia. 

Anteriormente, os astrônomos observaram grandes halos em torno de pulsares próximos na luz de raios gama que implicam que pósitrons energéticos geralmente têm dificuldade em vazar para a Galáxia. Isso minou a ideia de que os pulsares explicam o excesso de pósitrons que os cientistas detectam. No entanto, filamentos de pulsares que foram descobertos recentemente, como J2030, mostram que as partículas realmente podem escapar para o espaço interestelar e, eventualmente, chegar à Terra. 

Um artigo descrevendo esses resultados, de autoria de Martjin de Vries e Roger Romani, da Universidade de Stanford, será publicado no The Astrophysical Journal e está disponível online . O Marshall Space Flight Center da NASA gerencia o programa Chandra. O Chandra X-ray Center do Smithsonian Astrophysical Observatory controla as operações científicas de Cambridge, Massachusetts, e as operações de voo de Burlington, Massachusetts.

Fonte: NASA

O clima alienígena de WASP-121 b

 

WASP-121 b fica perto de sua estrela hospedeira no conceito deste artista. Patricia Klein e MPIA

A cerca de 855 anos-luz de distância reside um exoplaneta com um ciclo da água muito diferente do nosso. O exoplaneta, WASP-121 b, pertence a uma classe de planetas conhecidos como Júpiteres quentes. Esses gigantes gasosos circundam suas estrelas com órbitas muito mais estreitas do que o nosso próprio Júpiter orbita o Sol. Enquanto Júpiter leva 12 anos terrestres para completar uma viagem ao redor do Sol, o ano de WASP-121 b leva apenas 30 horas. 

O WASP-121 b também está travado por maré em sua estrela hospedeira, o que significa que apenas um lado do mundo está voltado para sua estrela, enquanto o outro é lançado em escuridão perpétua. Como resultado, a atmosfera superior do lado diurno do WASP-121 b fica tão quente quanto 3.000 graus Celsius. Isso faz com que as moléculas de água no exoplaneta se decomponham em seus componentes atômicos: hidrogênio e oxigênio.

 E o lado noturno não é muito mais frio, no entanto, caindo apenas para cerca de 2.700 F (1.500 C). 

No entanto, essa grande diferença de temperatura entre os dois hemisférios tem um impacto abrangente no WASP-121 b. Ventos horizontais sopram em todo o planeta de oeste para leste. Isso puxa o hidrogênio e o oxigênio do lado diurno para o noturno. Lá, as moléculas de água rompidas podem se reformar, tornando-se vapor de água. Mas isso é apenas temporário, pois os ventos sopram o vapor de volta para o lado do dia, reiniciando o ciclo. 

Essas observações, apresentadas em um artigo publicado na Nature Astronomy em 21 de fevereiro , são a primeira vez que pesquisadores rastrearam um ciclo completo da água em um exoplaneta. 

Nuvens de metal e gemas líquidas 

Embora as nuvens de água nunca possam se formar no WASP-121 b, o planeta não é desprovido de chuva. Mas não é o mesmo tipo de chuva que conhecemos na Terra. Em vez disso, nuvens de ferro, magnésio, cromo e vanádio enchem o céu noturno – onde as temperaturas são frias o suficiente para que os metais se condensem em nuvens. 

Mas essas nuvens de metal não duram muito. À medida que os ventos os levam ao lado do vapor d'água de volta ao lado do dia, eles evaporam novamente. 

Nuvens de metal também podem não ser o aspecto mais estranho do WASP-121 b. Os pesquisadores ficaram perplexos ao descobrir que metais como alumínio e titânio não estavam entre os elementos detectados na atmosfera superior do exoplaneta, como seria de esperar. Uma explicação provável é que esses metais residem mais profundamente na atmosfera e, portanto, são invisíveis às observações. 

Se for esse o caso, é possível que o alumínio se combine com o oxigênio para formar corindo. Quando misturado com impurezas como cromo, ferro, titânio ou vanádio, esse composto se transforma em rubis ou safiras na Terra. 

Assim, WASP-121 b pode ver gemas líquidas chovendo em seu lado noturno.

Teoria da gravidade modificada empata com Relatividade Geral

 

 Simulação da fusão de um binário de estrelas de nêutrons. [Imagem: Miguel Bezares-GRAMS/SISSA]

 

Para fechar as contas 

Para explicar fenômenos cosmológicos - como a expansão acelerada do Universo - usando a teoria de Einstein, é necessário adicionar uma enorme quantidade de energia escura. Não é meramente que não saibamos o que a energia escura é: Ela foi adicionada lá pelos cientistas na quantidade necessária para que a teoria fizesse sentido. 

Mas e se a energia escura for apenas uma ilusão e a própria Relatividade Geral tivesse que ser modificada? 

"A existência da energia escura pode ser apenas uma ilusão. A expansão acelerada do Universo pode ser causada por algumas modificações ainda desconhecidas da Relatividade Geral, uma espécie de 'gravidade escura'," propõe Enrico Barausse, astrofísico da Escola Superior Internacional de Estudos Avançados (SISSA), na Itália. 

Gravidade modificada 

Como os experimentos não encontram nada quando procuraram por essa força misteriosa, têm surgido várias teorias para se livrar da energia escura. 

Uma delas é uma teoria da gravitação conhecida como Fierz-Jordan-Brans-Dicke. Essa concorrente da Relatividade Geral propõe que a interação gravitacional é mediada por um campo escalar, além do campo tensorial da Relatividade de Einstein. Nesse quadro explicativo, a constante gravitacional G não é presumida como constante, sendo o campo escalar o equivalente a 1/G, ou seja, a gravidade pode variar de lugar para lugar e com o tempo. 

Agora, Miguel Bezares e seus colegas fizeram um enorme esforço computacional e matemático para produzirem a primeira simulação de uma fusão de um par de estrelas de nêutrons, um fenômeno que apresenta um comportamento semelhante à energia escura em escalas cosmológicas, o que permitiu comparar a teoria de Einstein e versões modificadas dela. 

E deu empate, com ambos os arcabouços teóricos apresentando o mesmo poder explicativo. Em outras palavras, pode-se explicar os fenômenos cosmológicos estudados sem precisar lançar mão da problemática energia escura. 

Gravidade escura 

A fusão de estrelas de nêutrons oferece uma situação única para testar essas teorias cosmológicas porque a gravidade ao redor do binário é levada ao extremo. 

"As estrelas de nêutrons são as estrelas mais densas que existem, normalmente com apenas 10 quilômetros de raio, mas com uma massa entre uma ou duas vezes a massa do nosso Sol," explicou Barausse. "Isso torna a gravidade e o espaço-tempo ao seu redor extremos, permitindo a produção abundante de ondas gravitacionais quando duas delas colidem. Podemos usar os dados adquiridos durante esses eventos para estudar o funcionamento da gravidade e testar a teoria de Einstein em uma nova janela." 

Para isso, a equipe produziu a primeira simulação computadorizada da fusão de um par de estrelas de nêutrons usando as teorias da gravidade modificadas mais relevantes para a cosmologia. 

"Este tipo de simulação é extremamente desafiador devido à natureza altamente não linear do problema. Ele requer um grande esforço computacional - meses de execução em supercomputadores - que foi possível também [...] por novas formulações matemáticas que desenvolvemos. Elas representaram os principais obstáculos por muitos anos até nossa primeira simulação," acrescentou Miguel Bezares, principal responsável pelo estudo. 

Graças a essas simulações, os pesquisadores finalmente puderam comparar a Relatividade Geral e a gravidade modificada. 

"Surpreendentemente, descobrimos que a hipótese da 'gravidade escura' é tão boa quanto a Relatividade Geral para explicar os dados coletados pelos interferômetros LIGO e Virgo durante colisões passadas de estrelas de nêutrons binárias. De fato, as diferenças entre as duas teorias nesses sistemas são bastante sutis, mas podem ser detectáveis pela próxima geração de interferômetros gravitacionais, como o telescópio Einstein, na Europa, e o Explorador Cósmico, nos EUA. Isso abre a excitante possibilidade de usar ondas gravitacionais para discriminar entre energia escura e 'gravidade escura'," concluiu Barausse.

Fonte: Inovação Tecnológica

As janelas da Via Láctea

 

Grupo internacional de astrônomos observou diretamente estrelas do braço Carina-Sagitário, localizado na parte superior esquerda desta representação artística da Via Láctea R. Hurt / JPL-Nasa / Caltech / ESO 

 AVia Láctea, a galáxia na qual se encontram o Sol e seus planetas, é um gigantesco aglomerado de gás, poeira e algo entre 100 bilhões e 400 bilhões de estrelas, unidos pela gravidade. Os astrônomos a descrevem como uma galáxia espiral, com uma região central mais volumosa – o bojo, em forma de bola de futebol americano – da qual emergem braços curvos, longas faixas de estrelas, orbitando o centro galáctico. Os próprios astrônomos, no entanto, têm dúvidas sobre a estrutura da Via Láctea.

O gás e a poeira acumulados em seu interior dificultam ver os componentes mais próximos do centro ou situados além dele (ver ilustração acima). Não se sabe, por exemplo, se no bojo há mesmo um adensamento de estrelas com o aspecto de uma barra, comum em galáxias espirais, nem se, no caso da Via Láctea, essa barra é dupla e assume os contornos de um X. Também se debate há algum tempo se as estrelas do disco, a região delgada ao redor do bojo, estariam agrupadas em dois ou quatro braços principais. 

Algumas dessas questões, importantes para conhecer como a galáxia se formou e pode evoluir, devem começar a ser respondidas nos próximos anos graças à descoberta recente de algumas raras e diminutas regiões do céu na direção do disco galáctico com baixa concentração de gás e poeira. Conhecidas como janelas de baixa extinção, essas regiões absorvem pouca luz das estrelas que ocultam e deixam a maior parte de sua luminosidade chegar à Terra. São como as áreas limpas de um vidro muito sujo e estão permitindo aos telescópios captar a luz emitida por estrelas do outro lado da galáxia.

Em um artigo publicado on-line em fevereiro na revista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, o astrônomo brasileiro Roberto Kalbusch Saito, da Universidade Federal de Santa Catarina (UFSC), descreve o que observou ao olhar através de uma janela de baixa extinção especial, a WIN1733-3349, situada em direção ao centro da Via Láctea. 

Apelidada de janela de Oscar, ela foi identificada em 2018 pelo astrônomo chileno Oscar González, pesquisador do Centro de Tecnologia de Astronomia, em Edimburgo, na Escócia. González é um dos colaboradores de Saito no projeto Vista Variables in the Via Lactea (VVV), que utilizou um telescópio no Chile para mapear quase 1 bilhão de estrelas na região central da galáxia. A janela descoberta pelo astrônomo chileno ocupa uma área relativamente modesta no céu, equivalente à de uma lua cheia, assim como algumas das quase 10 janelas conhecidas.

A de Oscar, porém, tem uma importância singular para os astrônomos por ser a mais próxima do centro galáctico e situar-se no mesmo plano que o disco. “Se houvesse condições de observação perfeitas, essa posição nos permitiria ver toda a parte do disco situada além do centro da galáxia”, afirma Saito. 

Ainda não se enxergou tão longe, mas aparentemente já se conseguiu ver o que há do lado de lá. Em um mapeamento de estrelas feito pelo VVV, Saito procurou aquelas localizadas no rumo da janela de Oscar. Ele identificou três grupos de gigantes vermelhas, estrelas de brilho bem conhecido usadas no cálculo de distâncias na galáxia. O primeiro e mais próximo estava a 24,5 mil anos-luz do Sistema Solar, na parte em que o disco se funde com o bojo; o segundo agrupamento encontrava-se a 32,5 mil anos-luz, no interior do bojo; e o último a 44,8 mil anos-luz, do outro lado da galáxia. “Através dessa janela, vimos estrelas do disco galáctico, do bojo e também do braço espiral do outro lado da Via Láctea”, conta o astrônomo argentino Dante Minniti, da Universidade Andrés Bello, no Chile. 

Coautor do estudo atual e coordenador do VVV, Minniti encontrou anos atrás outra dessas janelas, a WIN 1713-3939, ou janela de Dante, também próxima do centro galáctico. 

Essas janelas, segundo o astrônomo argentino, devem tornar possível mapear diretamente os braços espirais localizados no disco do outro lado da galáxia, os chamados antípodas galácticos, e desfazer dúvidas que duram décadas. Em meados dos anos 1920, observações feitas pelo astrônomo norte-americano Edwin Hubble (1889-1953) indicaram a existência de outras galáxias além da Via Láctea. Hubble propôs ainda um sistema que as classificava segundo a forma. Nas décadas seguintes, vários grupos se dedicaram a realizar levantamentos de estrelas e caracterizar a estrutura da Via Láctea. 

Os modelos matemáticos usados para predizer a estrutura da galáxia – com dois ou quatro braços – se baseiam, porém, em dados obtidos quase sempre de modo indireto. Uma parte das informações vem do mapeamento das nuvens de gás espalhadas pela galáxia, um indicativo de onde pode haver estrelas. A outra parte deriva do mapeamento das estrelas situadas no mesmo hemisfério galáctico que o Sistema Solar. Essa distribuição de astros é depois projetada para a outra metade do disco, supondo que ele seja simétrico. “Muito pouca informação resulta da observação direta de estrelas situadas além do centro da galáxia”, explica Saito. 

Com base na observação direta de estrelas por meio da janela de Oscar e de duas outras mais distantes do centro galáctico, igualmente situadas no plano do disco, Saito e Roberto Kammers, que fez mestrado sob a orientação do astrônomo catarinense, analisaram a distância e o movimento de estrelas localizadas além do bojo. Ainda não publicados em um periódico científico, os resultados sugerem que estejam vendo um braço do disco no outro lado da galáxia. “Várias informações indicam que estamos observando o braço espiral mais interno localizado além do bojo, o Carina-Sagitário”, conta Saito. 

Outro trabalho realizado por Saito e Minniti, com a colaboração de Kammers, analisou a distribuição de estrelas do bojo observadas no levantamento VVV e concluiu, segundo artigo recentemente submetido para publicação, que o centro da Via Láctea abriga uma barra dupla, em forma de X, como havia sido proposto pela astrônoma italiana Manuela Zoccali e pelo astrônomo norte-americano Andrew McWilliam em 2010. 

Por meio das janelas de baixa extinção, os astrônomos esperam caracterizar melhor a estrutura da Via Láctea. “O estudo é importante para aprimorar os modelos que indicam quantas estrelas existem na Via Láctea e como estão distribuídas e também para aperfeiçoar os modelos de evolução da galáxia”, comenta o astrônomo Hélio Perottoni, que realiza estágio de pós-doutorado na Universidade de São Paulo e é especialista em estrutura da Via Láctea.

Fonte: Revistapesquisa.fapesp.br

O que há dentro de um buraco negro? Físico usa computação quântica e aprendizado de máquina para descobrir

 A dualidade holográfica é uma conjectura matemática que conecta teorias de partículas e suas interações com a teoria da gravidade.

Enrico Rinaldi, pesquisador do Departamento de Física da Universidade de Michigan, está usando dois métodos de simulação para resolver modelos de matriz quântica que podem descrever como é a gravidade de um buraco negro. Nesta imagem, uma representação pictórica do espaço-tempo curvo conecta os dois métodos de simulação. Na parte inferior, um método de aprendizado profundo é representado por gráficos de pontos (rede neural), enquanto o método de circuito quântico na parte superior é representado por linhas, quadrados e círculos (qubits e portas). Os métodos de simulação se fundem com cada lado do espaço-tempo curvo para representar o fato de que as propriedades da gravidade saem das simulações. Rinaldi está sediado em Tóquio e hospedado pelo Laboratório de Física Quântica Teórica no Cluster for Pioneering Research em RIKEN, Wako. Crédito: Enrico Rinaldi/UM, RIKEN e A. 

Cara, e se tudo ao nosso redor fosse apenas... um holograma? 

O problema é que pode ser – e um físico da Universidade de Michigan está usando computação quântica e aprendizado de máquina para entender melhor a ideia, chamada dualidade holográfica. 

A dualidade holográfica é uma conjectura matemática que conecta teorias de partículas e suas interações com a teoria da gravidade. Essa conjectura sugere que a teoria da gravidade e a teoria das partículas são matematicamente equivalentes: o que acontece matematicamente na teoria da gravidade acontece na teoria das partículas e vice-versa. 

Ambas as teorias descrevem dimensões diferentes, mas o número de dimensões que descrevem difere em uma. Assim, dentro da forma de um buraco negro, por exemplo, a gravidade existe em três dimensões, enquanto uma teoria de partículas existe em duas dimensões, em sua superfície – um disco plano. 

Para visualizar isso, pense novamente no buraco negro, que distorce o espaço-tempo por causa de sua imensa massa. A gravidade do buraco negro, que existe em três dimensões, se conecta matematicamente às partículas que dançam acima dele, em duas dimensões. Portanto, um buraco negro existe em um espaço tridimensional, mas nós o vemos como projetado através de partículas. 

Alguns cientistas teorizam que todo o nosso universo é uma projeção holográfica de partículas, e isso pode levar a uma teoria quântica consistente da gravidade. 

"Na teoria da Relatividade Geral de Einstein, não há partículas - há apenas espaço-tempo. E no Modelo Padrão da física de partículas, não há gravidade, há apenas partículas", disse Enrico Rinaldi, pesquisador do Departamento de Física da UM. "Conectar as duas teorias diferentes é uma questão de longa data na física - algo que as pessoas vêm tentando fazer desde o século passado." 

Em um estudo publicado na revista PRX Quantum , Rinaldi e seus coautores examinam como investigar a dualidade holográfica usando computação quântica e aprendizado profundo para encontrar o estado de energia mais baixo de problemas matemáticos chamados modelos de matriz quântica. 

Esses modelos de matriz quântica são representações da teoria das partículas. Como a dualidade holográfica sugere que o que acontece matematicamente em um sistema que representa a teoria das partículas afetará da mesma forma um sistema que representa a gravidade, resolver esse modelo de matriz quântica pode revelar informações sobre a gravidade. 

Para o estudo, Rinaldi e sua equipe usaram dois modelos de matriz simples o suficiente para serem resolvidos usando métodos tradicionais, mas que possuem todas as características de modelos de matriz mais complicados usados​​para descrever buracos negros através da dualidade holográfica. 

"Esperamos que, ao entender as propriedades dessa teoria de partículas por meio de experimentos numéricos, entendamos algo sobre a gravidade", disse Rinaldi, baseado em Tóquio e hospedado pelo Laboratório de Física Quântica Teórica do Cluster for Pioneering Research em RIKEN, Wako. . "Infelizmente ainda não é fácil resolver as teorias das partículas. E é aí que os computadores podem nos ajudar." 

Esses modelos de matriz são blocos de números que representam objetos na teoria das cordas, que é uma estrutura na qual as partículas na teoria das partículas são representadas por cordas unidimensionais. Quando os pesquisadores resolvem modelos de matriz como esses, eles estão tentando encontrar a configuração específica das partículas no sistema que representam o estado de energia mais baixo do sistema, chamado de estado fundamental. No estado fundamental, nada acontece ao sistema, a menos que você adicione algo a ele que o perturbe. 

"É realmente importante entender como é esse estado fundamental, porque assim você pode criar coisas a partir dele", disse Rinaldi. "Então, para um material, conhecer o estado fundamental é como saber, por exemplo, se é um condutor, ou se é um supercondutor, ou se é realmente forte ou fraco. Mas encontrar esse estado fundamental entre todos os estados possíveis é uma tarefa bastante difícil. É por isso que estamos usando esses métodos numéricos." 

Você pode pensar nos números nos modelos de matriz como grãos de areia, diz Rinaldi. Quando a areia está nivelada, esse é o estado fundamental do modelo. Mas se houver ondulações na areia, você precisa encontrar uma maneira de nivelá-las. Para resolver isso, os pesquisadores primeiro olharam para circuitos quânticos. Nesse método, os circuitos quânticos são representados por fios, e cada qubit, ou bit de informação quântica, é um fio. No topo dos fios estão os portões, que são operações quânticas que ditam como a informação passará pelos fios. 

"Você pode lê-los como música, indo da esquerda para a direita", disse Rinaldi. "Se você lê isso como música, você está basicamente transformando os qubits desde o início em algo novo a cada passo. Mas você não sabe quais operações você deve fazer à medida que avança, quais notas tocar. O processo de agitação irá ajustar todos esses portões para fazê-los tomar a forma correta, de modo que no final de todo o processo, você alcance o estado fundamental. Então você tem toda essa música, e se você tocar direito, no final, você tem o estado fundamental. " 

Os pesquisadores queriam comparar o uso desse método de circuito quântico com o uso de um método de aprendizado profundo. O aprendizado profundo é um tipo de aprendizado de máquina que usa uma abordagem de rede neural – uma série de algoritmos que tenta encontrar relacionamentos nos dados, semelhante ao funcionamento do cérebro humano.

 As redes neurais são usadas para projetar softwares de reconhecimento facial, alimentando milhares de imagens de rostos – das quais desenham pontos de referência específicos do rosto para reconhecer imagens individuais ou gerar novos rostos de pessoas que não existem. 

No estudo de Rinaldi, os pesquisadores definem a descrição matemática do estado quântico de seu modelo de matriz, chamado de função de onda quântica. Em seguida, eles usam uma rede neural especial para encontrar a função de onda da matriz com a menor energia possível – seu estado fundamental. Os números da rede neural passam por um processo de "otimização" iterativo para encontrar o estado fundamental do modelo de matriz, batendo no balde de areia para que todos os seus grãos sejam nivelados. 

Em ambas as abordagens, os pesquisadores conseguiram encontrar o estado fundamental de ambos os modelos de matriz que examinaram, mas os circuitos quânticos são limitados por um pequeno número de qubits. O hardware quântico atual só pode lidar com algumas dezenas de qubits: adicionar linhas à sua partitura se torna caro e, quanto mais você adiciona, com menos precisão você pode tocar a música. 

"Outros métodos que as pessoas normalmente usam podem encontrar a energia do estado fundamental, mas não toda a estrutura da função de onda", disse Rinaldi. "Mostramos como obter todas as informações sobre o estado fundamental usando essas novas tecnologias emergentes, computadores quânticos e aprendizado profundo . 

“Como essas matrizes são uma representação possível para um tipo especial de buraco negro, se soubermos como as matrizes estão organizadas e quais são suas propriedades, podemos saber, por exemplo, como é um buraco negro por dentro. o horizonte de eventos para um buraco negro? De onde ele vem? Responder a essas perguntas seria um passo para realizar uma teoria quântica da gravidade ." 

Os resultados, diz Rinaldi, mostram uma referência importante para trabalhos futuros em algoritmos quânticos e de aprendizado de máquina que os pesquisadores podem usar para estudar a gravidade quântica por meio da ideia de dualidade holográfica. 

Os coautores de Rinaldi incluem Xizhi Han na Universidade de Stanford; Mohammad Hassan no City College de Nova York; Yuan Feng no Pasadena City College; Franco Nori na UM e RIKEN; Michael McGuigan no Laboratório Nacional de Brookhaven e Masanori Hanada na Universidade de Surrey. 

Em seguida, Rinaldi está trabalhando com Nori e Hanada para estudar como os resultados desses algoritmos podem ser dimensionados para matrizes maiores, bem como quão robustos eles são contra a introdução de efeitos "ruidosos" ou interferências que podem introduzir erros.

Fonte: Mais Conhecer