Primeira detecção de “água pesada” em um disco de formação planetária

 Novos dados do ALMA traçam a água encontrada em cometas e a formação de planetas até o início do cosmos

Esta impressão artística mostra a evolução de moléculas pesadas de água (H2O, HDO e D2O) conforme observadas em nuvens moleculares gigantes, em um disco de formação de planetas e em cometas, antes que elas eventualmente chegassem à Terra. Crédito: NSF/AUI/NSF NRAO/P. Vosteen, B. Saxton 

A descoberta de água antiga em um disco de formação de planetas revela que parte da água encontrada em cometas — e talvez até na Terra — é mais antiga que a própria estrela do disco, oferecendo insights inovadores sobre a história da água em nosso Sistema Solar.

Astrônomos usando o Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) fizeram a primeira detecção de água duplamente deuterada (D₂O, ou "água pesada") em um disco de formação planetária ao redor de V883 Ori, uma estrela jovem. Isso significa que a água neste disco, e por extensão a água em cometas que se formam aqui, é anterior ao nascimento da própria estrela, tendo viajado pelo espaço a partir de antigas nuvens moleculares muito antes da formação deste sistema solar.

“Nossa detecção demonstra indiscutivelmente que a água observada neste disco de formação planetária deve ser mais antiga que a estrela central e se formou nos estágios iniciais da formação de estrelas e planetas”, afirma Margot Leemker, autora principal deste artigo e pós-doutoranda no Departamento de Física da Universidade de Milão. “Isso representa um grande avanço na compreensão da jornada da água ao longo da formação planetária e como essa água chegou ao nosso Sistema Solar, e possivelmente à Terra, por meio de processos semelhantes.”

Isso significa que a água na sua xícara de café da manhã pode ser mais antiga que o Sol? A impressão digital química do D₂O mostra que essas moléculas de água sobreviveram aos violentos processos de formação de estrelas e planetas, viajando bilhões de quilômetros através do espaço e do tempo antes, e acabando em sistemas planetários como o nosso. Em vez de ser destruída e reformada no disco, a maior parte dessa água é herdada dos estágios iniciais e mais frios da formação estelar, uma herança cósmica que também pode estar presente na Terra hoje.

“Até agora, não tínhamos certeza se a maior parte da água em cometas e planetas se formou fresca em discos jovens como V883 Ori, ou se é 'pura', originária de antigas nuvens interestelares”, afirma John Tobin, cientista do Observatório Nacional de Radioastronomia da Fundação Nacional de Ciências dos EUA e segundo autor deste novo artigo. A detecção de água pesada, usando razões isotópicas sensíveis (D₂O/H₂O), comprova a herança ancestral da água e fornece um elo perdido entre nuvens, discos, cometas e, finalmente, planetas. Esta descoberta é a primeira evidência direta da jornada interestelar da água, desde as nuvens até os materiais que formam os sistemas planetários — inalterada e intacta. 

A água é fundamental para a vida e a habitabilidade. Saber de onde vem a água planetária nos ajuda a entender os ingredientes da vida em nosso Sistema Solar e em outros. Essa descoberta sugere que muitos planetas jovens, e talvez até mundos além do nosso, podem herdar água bilhões de anos mais velha que eles, nos lembrando de quão profundamente interconectada nossa existência está com o passado antigo do universo.

Public.nrao.edu

Quais são os fatos mais interessantes do espaço?

 

Mercúrio e Vênus são os únicos 2 planetas em nosso sistema solar que não têm luas

No total, existem 176 luas confirmadas que orbitam os planetas em nosso sistema solar, sendo algumas delas maiores que o próprio Mercúrio!

Se uma estrela passa muito perto de um buraco negro, pode ser despedaçada

Por 20 anos, uma equipe de astrônomos observou uma estrela no centro de nossa galáxia orbitando um buraco negro.

A estrela agora chegou perto o suficiente do buraco negro para que ocorra "desvio gravitacional do vermelho", que é onde a luz da estrela perde energia à medida que a gravidade do buraco negro se intensifica.

O planeta mais quente do nosso sistema solar é Vênus.

A maioria das pessoas pensam que isso seria Mercúrio, pois é o planeta mais próximo do sol.

No entanto, Vênus tem muitos gases em sua atmosfera, o que cria um "Efeito Estufa" que causa uma temperatura constante de 462 ° Celsius em toda a superfície da planta.

Encélado, uma das luas menores de Saturno, reflete 90% da luz do Sol.

Como a superfície gelada de Encélado reflete a luz solar em vez de absorvê-la, as temperaturas chegam a -201 ° Celsius.

A montanha mais alta descoberta é o Olympus Mons, localizado em Marte.

Seu pico tem 25 quilômetros de altura, tornando-o quase três vezes mais alto que o Monte Everest.

E não só é alto, como também tem 114.000 m² de largura - é uma área do tamanho do Arizona!

A Galáxia Whirlpool (M51) foi o primeiro objeto celeste identificado como espiral.

Os grandes braços em espiral da Whirlpool Galaxy são compostos de longas pistas de estrelas e gás, polvilhadas com muita poeira espacial.

Esses braços agem como fábricas de formação de estrelas, comprimindo gás hidrogênio e criando aglomerados de novas estrelas.

A Via Láctea tem 105.700 anos-luz de largura.

Uma espaçonave moderna levaria 450.000.000 de anos para viajar para o centro de nossa galáxia!

Você pode ler fatos espaciais mais inacreditáveis com esta lista de fatos da Via Láctea!

O Sol pesa cerca de 330.000 vezes mais que a Terra

É cerca de 109 vezes o diâmetro da Terra e é tão grande que a Terra poderia caber no sol cerca de 1.300.000 vezes!

De fato, o sol é tão gigantesco que contém 99,85% de toda a massa em nosso sistema solar.

Como seria o mundo se a Terra fosse realmente plana, segundo a ciência?

 

A fim de acabar com as especulações, o geofísico James Davis, da Universidade de Columbia, em Nova York, membro do Observatório Terrestre Lamont-Doherty, idealizou um cenário de como seria a Terra se ela fosse de fato plana, tendo como base pressupostos dos terraplanistas.

1. A gravidade

Quem acredita que a Terra tem a forma de um disco parte do pressuposto de que a gravidade exerceria sua força diretamente para baixo, mas não é assim que funciona esse fenômeno. Davis esclarece que, segundo o que sabemos sobre a força gravitacional, ela puxa tudo para o centro.

Então, quanto mais longe do centro do disco, mais a gravidade puxaria as coisas horizontalmente. Isso teria efeitos estranhos, como sugar toda a água do mundo para o centro do disco, e fazer com que árvores e outras plantas crescessem diagonalmente, já que elas se desenvolvem na direção oposta à da gravidade.

Caminhar também seria uma tarefa complicada, com uma força que nos empurraria rumo ao centro quando tentássemos chegar à borda do disco. Seria como subir uma encosta muito inclinada.

2. O Sistema Solar

O modelo de Sistema Solar que prevalece hoje situa o Sol no centro deste conjunto, onde a Terra circula ao redor da estrela - graças a uma órbita que nos aproxima e nos distancia desse astro de acordo com a época do ano.

Os terraplanistas colocam a Terra no centro do Universo, onde o Sol opera como uma lâmpada que irradia luz e calor de lado a outro do planeta, mas não falam de uma órbita.

Direito de imagemGETTY IMAGES Image captionOs planetas do Sistema Solar giram ao redor do Sol atraídos por sua gravidade

Davis acredita que, sem essa órbita ou a força gravitacional do Sol, nada impediria que o planeta fosse expelido para fora do Sistema Solar.

Uma Terra plana teria outra incongruência. Se o Sol e a Lua circulam sobre o planeta, seria possível haver dias e noites, mas não as estações, eclipses e outros fenômenos astronômicos que dependem do formato esférico da Terra.

Além disso, o Sol teria que ser menor do que a Terra, caso contrário poderia nos queimar ou cair sobre nós. Davis destaca, no entanto, haver medições suficientes que mostram que o Sol tem mais de 100 vezes o diâmetro da Terra.

3. Campo magnético

As leis da física que conhecemos hoje em dia estabelecem que o núcleo da Terra gera seu campo magnético.

Direito de imagemGETTY IMAGES Image captionAs belas auroras boreais são produzidas quando o vento solar se choca com o campo magnético da Terra

Em um planeta plano, segundo os defensores desse modelo, esse campo não existe. Sendo assim, diz o especialista, não haveria uma atmosfera, o que faria com que o ar e os mares fossem parar no espaço. É o que ocorreu em Marte quando o planeta perdeu seu campo magnético.

4. Atividade tectônica

O movimento das placas tectônicas e os movimentos sísmicos são explicados apenas com uma Terra redonda. "Só em uma esfera as placas se encaixam de uma forma sensata", diz Davis.

Os movimentos das placas de um lado da Terra afetam os movimentos no outro lado. As áreas da Terra que criam formações para cima da crosta terrestre, como a Cordilheira dos Andes, são contrabalanceadas por outras que formam depressões, como os vales.

Nada disso seria explicado adequadamente com uma Terra plana. Não seria possível entender por que existem montanhas ou terremotos.

Direito de imagemGETTY IMAGES Image captionAs cordilheiras e muitos outros fenômenos geofísicos, como os vulcões, são produzidos por movimentos das placas tectônicas

Também teria de haver uma explicação para o que acontece com as placas na borda do mundo. Poderíamos imaginar que elas cairiam, mas os terraplanistas defendem que existe um "muro de gelo" na borda, criado pela Antártida, algo muito difícil de acreditar, opina Davis.

Para concluir, diz o especialista, se vivêssemos em uma Terra plana, não teríamos nenhuma dúvida disso, porque tudo seria muito diferente de como conhecemos hoje.

Seria possível um planeta ser "plano"?

Não! Pode haver algum asteroide ou cometa que apresente uma face plana. Mas, para ser um planeta, tem que ter um tamanho mínimo que sempre faz com que, ao ser formado, se torne esférico pela ação mutua da gravidade entre suas partes ainda fluidas. Isso porque a forma esférica é a que minimiza a energia potencial gravitacional total do conjunto.

As fotos que aparecem como resultado de busca para universo são fotos reais ou projeções artísticas?

 Primeiro, não existe uma foto do Universo. Qualquer foto que você encontrar terá apenas uma pequena parte do Universo registrada.

Segundo, em alguns casos, o que temos é uma representação que pode ou não ser artística. De qualquer forma, sempre que você ver uma foto onde está indicado com uma seta onde nós estamos, pode ter certeza que é uma representação, não uma foto.

Tiago Matos

 · 

Seguir

Engenheiro de software full-stack e astrofotografo amador2 anos

Relacionado

Por que a maioria das fotos espaciais são tiradas em cores falsas? É difícil mostrar uma imagem colorida completa (verdadeira) do cosmos?

Depende do que considerares cor verdadeira. No fundo a generalidade daquilo que consegues ver no céu é escuro… mas se tirares uma foto com exposições cada vez mais altas enquanto segues o alvo com precisão consegues obter mais detalhe.

Nebulosa de Orion:

Isto até podes considerar cor verdadeira, mas, no fundo já leva uma séries de processos para ficar assim. São múltiplas subs, calibradas, alinhadas, somadas e alguma remoção de ruído.

Só para ficarem com uma ideia do processo completo, deixo dois vídeos:

Com outro telescópio (e até notas os desalinhamentos da câmera nos limites):

E com o mesmo telescópio, a mesma câmera, mas em condições de poluição luminosa diferentes (e rastos de satélites)…

Todas estas são cores reais, captadas por um sensor a cores, que no fundo é um sensor monocromático com pixeis vermelho, verde e azul. Isto é o chamado de CFA (color filter array) ou Bayer filter.

Mas, o que é que isto efectivamente faz? Cada pixel de cor ocupa efectivamente 4 pixeis reais. Ou seja, sacrificas 4x a resolução para teres uma imagem a cor instantânea. Um desperdício, tendo em conta que vais sempre tirar várias fotos a um alvo estático para conseguires obter informação suficiente que te dê informação que possas trabalhar para ter uma imagem final.

Ora, entram os sensores monocromáticos. Estes são apenas a camada de baixo da imagem acima.

Não é tão apelativa. Pelo menos enquanto não lhe colocares filtros em cima.

Agora, tu podes simplesmente colocar o mesmo tipo de filtros que a existe numa CFA comum. Tiras as fotos com um, trocas, tiras com outro, trocas e tiras com outro… depois pegas no resultado tratas e juntas atribuindo o canal correcto a cada um dos grupos.

Mas a realidade é que praticamente todos estes objectos têm conjuntos de emissões específicas e muitas dessas emissões tendem para teres as mesmas cores independentemente de serem emissões diferentes. O olho humano não é muito bom a distingui-las. E, já que temos um filtro monocromático, porque não delimitar as emissões a determinadas bandas curtas e depois atribuir-lhe um canal de cor que o ser humano consiga interpretar?

E aqui tens as cores “falsas”. Mas só são “falsas” porque não as conseguimos ver assim. Se conheceres os canais consegues saber os diferentes tipos de emissões que estão aqui.

Também podes utilizar os mesmos dados com diferentes canais:

No fundo, o que tens é uma representação dos dados de forma a que permitam ver o que nós não conseguimos de forma a que nos seja possível ver aquilo que os nossos olhos não nos permitem distinguir.

As fotos com cor “real” continuam a existir por aí. Não são todas feitas com filtros de banda curta. Novo exemplo:

Tens coisas que são praticamente impossíveis de obter apenas com cor, como é o caso desta nebulosa da Cassiopeia:

Logo nem tudo é simplesmente fotografável com uma câmera comum e um telescópio. De facto, não há propriamente nada de comum que seja directamente equiparável com a fotografia do dia-a-dia nisto:

E o resultado final, por vezes também leva alguns ajustes pessoais:

A cor adicional não retira valor à imagem. Nem sequer é suposto ser para enganar ninguém. No caso das fotos de banda curta, o objectivo é mesmo permitir superar as limitações do ser humano.

Outras vezes, pode ser simplesmente abuso de cor 😅

E, BTW, mesmo com câmeras a cor, a maioria dos astrofotografos amadores também utiliza filtros. Filtros esses que servem para ajudar a reduzir bastante os efeitos da poluição luminosa das cidades, que resultam em coisas como esta:

A cor do céu parece bastante artificial… porque é. O céu está com um nível de poluição luminosa elevado e isto é o resultado sem filtros e sem qualquer tratamento. Podes considerar que o facto de se estar a colocar um filtro para se eliminar as gamas de luz provenientes da iluminação artificial terrestre é uma forma de manipulação, mas há muita gente que nunca iria conseguir tirar fotos ao céu sem o fazer.

Como disclaimer final, todas as fotos e vídeos presentes no post, com excepção da representação do CFA (que é da Wikipédia), são da minha autoria. Espero que apreciem, apesar do meu skill ser mediano ou mesmo abaixo nos círculos de amadores-profissionais.

O que é a gravidade quântica e como ela se encaixa na teoria da relatividade de Einstein?

 A gravidade quântica é simplesmente o Santo Graal dos físicos. Eles estão procurando por ela da mesma forma como alguns arqueólogos procuram pelo cálice sagrado ou a arca perdida.

No início do século passado foram apresentadas ao mundo duas teorias: a da Relatividade e a da Física quântica, e desde então sabe-se que uma não fala com a outra e uma possível ponte de interligação seria exatamente a descoberta da gravidade quântica.

Por que?

A Relatividade de Einstein, embora divirja da física clássica (Newton) em quase todos os pontos, tem a mesma base determinística, a causalidade, isto é, a ordem temporal de causa -> efeito.

Por outro lado, a física quântica (que também foi em parte desenvolvida por Einstein) segue relações não determinísticas, mas probabilísticas, de modo que até Einstein duvidou de sua própria criação.

O nosso mundo e o mundo das partículas são totalmente distintos, separados pela decoerência. A decoerência quântica é a perda de coerência da sobreposição quântica (partículas em vários estados simultâneos), resultando no comportamento clássico que observamos em nossa vida quotidiana.

Temos motivos, portanto, para entender por que no mundo macro não existe um corpo que está em dois lugares diferentes simultaneamente, nem dois corpos que se comportam sincronizadamente, mesmo afastados por distâncias cósmicas, como as partículas fazem.

Este não é o problema. O problema é que, como se descobriu, o mundo é quântico, é feito de quanta. Ele não é contínuo, tudo é “contável”, existe uma porção mínima de pacote discreto de energia e matéria, o “quantum” em tudo.

O universo é feito basicamente de quarks-down, quarks-up e elétrons, que são os componentes de toda a matéria, mais três campos, ou forças fundamentais, com suas respectivas partículas: fóton (eletromagnetismo), gluon (força forte) e bósons W e Z (força fraca). E mais o campo de Higgs e sua respectiva partícula, que dá inércia à matéria. Todos são quanta.

... E mais uma: a gravidade, único campo, ou força fundamental que, até onde sabemos, não tem seu quantum.

Portanto, se quisermos unificar todas as forças fundamentais em uma única (as três outras já foram unificadas) e ter uma explicação única do universo, é forçoso “quantificar” a gravidade.

Segundo a teoria da relatividade, a gravidade é função da geometria do espaço-tempo.

Portanto, existem duas alternativas para a busca da gravidade quântica: teorizar a existência de um quantum, uma partícula que cria a gravidade (seria o “gráviton”), ou teorizar a existência dos quanta do próprio espaço-tempo, fundamento da Relatividade.

A teoria das cordas segue a primeira alternativa e teoriza que a constituinte fundamental do universo são minúsculos filamentos de energia (as cordas), entidades unidimensionais, cerca de 100 milhões de trilhões de vezes menores que um próton e que, conforme sua frequência de vibração, geram diferentes partículas e diferentes forças fundamentais, sendo que uma delas geraria o gráviton.

A Teoria da Gravidade Quântica em Loop segue a segunda alternativa e tenta redefinir totalmente a noção de espaço-tempo, quantizando diretamente sua geometria e dividindo o tecido do espaço-tempo em pedaços infinitesimais.

O problema é que ambas as teorias são praticamente impossíveis de testar empiricamente e se apoiam totalmente na matemática. Nenhuma previsão da Teoria das Cordas foi observada até agora, mesmo com uma procura minuciosa no acelerador de partículas do CERN de novas partículas previstas pela teoria.

Por que os buracos negros não podem ser simplesmente estrelas com alta densidade e gravidade massiva?

 Esta é daquelas que me faz logo pensar: "Hum, boa questão!". E a resposta, apesar de parecer simples, é mais profunda do que parece à primeira vista.

Vou tentar explicar da maneira mais fácil possível.

• Primeiro, vamos simplificar

Sim, os buracos negros TÊM alta densidade e gravidade massiva. Mas… não são apenas as estrelas que possuem esses atributos.

A grande diferença é que os buracos negros chegaram a um ponto sem retorno. Pensa nisto… As estrelas, mesmo as mais densas, têm um fim. Uma estrela normal, como o Sol, passa a maior parte da sua vida a queimar hidrogénio no seu núcleo, convertendo-o em hélio através da fusão nuclear. Essa fusão gera pressão que equilibra a força da gravidade. É tipo braço de ferro: a fusão nuclear tenta "explodir" a estrela para fora, e a gravidade tenta esmagá-la para dentro.

Quando o hidrogénio acaba, a luta muda. A estrela começa a queimar hélio, depois carbono, e por aí fora. Mas a cada fase, a energia gerada é menor, e a gravidade vai ganhando terreno. No fim da vida de uma estrela massiva, acontecem coisas dramáticas. O núcleo colapsa sobre si mesmo, num piscar de olhos, e a estrela ou explode numa supernova ou simplesmente ejeta as suas camadas para o espaço, espalhando a maior parte da sua matéria pelo espaço.

O que resta... Depende do tamanho da estrela. Se for relativamente pequena (até 1,4 vezes a massa do Sol), pode sobrar uma anã branca, um objeto super denso, mas ainda sustentado pela pressão dos eletrões. Se for maior (até 3 vezes a massa do Sol), pode sobrar uma estrela de neutrões, ainda mais densa, onde os protões e eletrões foram esmagados para formar neutrões.

E… o buraco negro. Se a estrela for gigantesca (pelo menos 5 vezes a massa do Sol), a gravidade é tão forte que nem a pressão dos neutrões consegue parar o colapso. O núcleo continua a encolher, a densidade dispara, e a estrela "desaparece" da nossa realidade. O que resta é um buraco negro, a teórica singularidade no seu centro.

A chave para entender porque um buraco negro não é só uma estrela super densa é o "horizonte de eventos". É como se fosse a "fronteira" do buraco negro.

Dentro do horizonte, não há volta a dar. Nada, nem mesmo a luz, consegue escapar da atração gravitacional de um buraco negro, depois de cruzar o horizonte de eventos. É uma zona onde as leis da física, como as conhecemos, "quebram".

Nas estrelas, a luz sai. Mesmo nas estrelas mais densas e massivas, a luz ainda consegue escapar, pelo menos enquanto a estrela existe. Podemos ver a luz de uma estrela de neutrões, por exemplo.

O ponto sem retorno. O horizonte de eventos é o ponto sem retorno. Se te atirasses para um buraco negro, a partir do momento em que cruzasses o horizonte, não poderias mais enviar nenhum sinal para o exterior. Ninguém te veria sair, nem mesmo em princípio, o resto do universo.

• Agora que já percebeste a base, vamos falar das "Gravastars".

Esta é uma ideia teórica, proposta pelo físico teórico Pawel O. Mazur e pelo matemático Emil Mottola, que tenta imaginar algo parecido com um buraco negro, mas que não é exatamente um buraco negro.

Uma Gravastar seria um objeto extremamente denso, com uma estrutura interna diferente da de um buraco negro tradicional. Em vez de uma singularidade no centro, teria uma espécie de "casca" composta por matéria escura ou energia escura, que criaria uma espécie de "superfície".

Como seria? A Gravastar teria um horizonte de eventos, como um buraco negro. Mas em vez de "engolir" tudo, a "superfície" dentro do horizonte impediria a formação da singularidade. Supostamente, a Gravastar poderia ter uma complexa estrutura interna, com diferentes camadas e propriedades.

Porque é que é interessante? A ideia das Gravastars tenta resolver alguns problemas teóricos associados aos buracos negros, como o "paradoxo da informação". A ideia é que, em vez de a informação ser destruída ou perdida na singularidade, ficaria "armazenada" na casca da Gravastar.

Apesar de interessante, a ideia das Gravastars ainda é muito especulativa. Existem muitos desafios teóricos e práticos. Por exemplo, não sabemos como é que uma Gravastar se formaria, e se conseguiria "sobreviver" num universo em constante expansão. As evidências observacionais, infelizmente, ainda não apoiam a sua existência, embora alguns autores tenham feito afirmações sobre a possibilidade de detecção (ainda sem sucesso e controverso).

• Então, por que os buracos negros não são estrelas?

Aqui estão os pontos-chave que resumem a diferença:

1. O Horizonte de Eventos: A barreira de um buraco negro, é a sua marca distintiva. Nada escapa de lá, nem a luz, nem qualquer outro tipo de informação. As estrelas, por mais densas que sejam, emitem luz e outros sinais.

2. A Singularidade (ou a falta dela): Dentro de um buraco negro "clássico", existe uma singularidade, um ponto de densidade a tender para o infinito.

3. O que resta depois do colapso: As estrelas terminam a sua vida com uma supernova, deixando para trás anãs brancas ou estrelas de neutrões, mas a menos que os buracos negros emitam Radiação de Hawking, então não há nada depois do buraco negro. E mesmo que emita Radiação de Hawking, essa radiação em princípio já não servirá para nada.

4. A estrutura interna: A estrutura interna de um buraco negro é um mistério. A singularidade é um problema para a física, pois a teoria principal defende que até as leis da física deixam de existir como as conhecemos. Por isso mesmo, se existir uma singularidade no centro de um buraco negro, ninguém sabe extremamente o que está a fazer e se serve para alguma coisa.

5. Detecção e Observação: Observamos estrelas de neutrões. Podemos observar os efeitos gravitacionais dos buracos negros, mas a estrutura interna de um buraco negro continua a ser um mistério.

Resumindo e Concluindo

Um buraco negro tem densidade e gravidade massiva, claro. Mas a diferença crucial é o horizonte de eventos, o ponto sem retorno. Os buracos negros são objetos tão densos que distorcem o espaço-tempo de uma forma radical, que não podemos esperar encontrar até nas estrelas de neutrões.

As Gravastars são uma tentativa interessante de desafiar a ideia da singularidade, mas ainda é um modelo teórico em desenvolvimento, com mais perguntas do que respostas.