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Mistérios da Astronomia ainda não explicados pela Ciência

Os trinta fenômenos do universo que os especialistas não sabem explicar – ao menos não há um consenso para isso.

1- Como se originou o Universo?
De um lado está a teoria amplamente aceita do Big Bang, o Big Bang, segundo a qual o universo era originalmente extremamente denso, pequeno, quente, em questão de décimos de segundo, radicalmente expandiu e esfriou, e ainda está se expandindo. Algo como um bolo de passas no forno que cresce separando passas (ou galáxias) um do outro. Mas alguns especialistas propõem um novo modelo segundo o qual a fonte não foi a Bang Big único, mas muitos. Uma cadeia contínua de universos que se seguem e repetem uns aos outros, mas não ser réplicas exatas do acima. Quanto à idade do universo, as observações recentes sugerem que é entre 13,5 e 14 bilhões de anos.

2- Qual é o futuro do universo?
Na nova teoria dos universos que continuam, o universo não vai morrer, mas sim repetir-se. Ou talvez seja um universo frio e escuro, como galáxias e estrelas, que são separados uns dos outros e sua luz e de calor são perdidas na escuridão, sempre em expansão e arrefecimento a um estado de frio absoluto, em que as moléculas não têm energia para fazer o menor movimento? Ou é um universo que, após a expansão, chegar a um ponto onde você começa a entrar em colapso sobre si mesmo e então o problema é o inverso? Ultimamente, existem outras teorias que falam de um Big Rip, em que a taxa de expansão seria tão grande que os grupos de galáxias, estrelas, energia escura e tudo o resto seria uma espécie de tecido que é estendeu a rasgar.

3- Há universos alternativos ou múltiplos?
Uma teoria postula que poderia haver um universo alternativo de matéria escura, mas não conseguimos alcançar. A melhor maneira de imaginar é pensar em uma janela de vidro duplo com uma mosca no meio. A mosca não podem atravessar de um lado para o outro, como não podemos passar de um universo para outro. Estes dois universos seria atraído para o outro pela força da gravidade e, eventualmente, colidem. Fazer isso seria criar um Big Bang. Isto implicaria que as coisas estão acontecendo agora que vai ajudar a criar um outro universo no futuro. Por outro lado, existem várias hipóteses de universos múltiplos em física quântica e cosmologia, em que as constantes físicas e da natureza do universo são diferentes. Por exemplo, o "universo bolha" é uma série infinita de universos abertos com diferentes constantes.

4- Qual é a geometria do universo?
De acordo com Einstein, o universo é um continuum no tempo e no espaço que poderia assumir três formas, dependendo do conteúdo de matéria e energia:
•Esférico (curvatura positiva). Viajar em uma direção e, eventualmente, voltar ao ponto de partida. Sem energia escura, este universo vai parar de se expandir e retrair sobre si mesmo. Com ele, a expansão vai continuar.
•Flat (sem curvatura). O viajante nunca retorna ao seu ponto de partida. Mesmo sem energia escura, o universo continuará expandindo para sempre, embora mais lentamente. Com a energia escura, a expansão vai acelerar ainda mais. De acordo com observações recentes, isto é como o nosso universo.
•Em forma de sela (curvatura negativa). O viajante nunca vai voltar. A expansão só desacelerar, mesmo sem a presença da energia escura.

5- O que são os componentes do Universo?
As estrelas, asteróides, planetas, poeira cósmica, neutrinos, hélio, hidrogênio e tudo o que vemos ao nosso redor constituem uma fração do que o universo. Os restantes 95% é ocupado pela matéria estranha escuro e ainda mais incompreensível, a energia escura.

6- O que é a expansão cósmica?
Aceleração cósmica é a observação de que o universo parece estar se expandindo a um ritmo acelerado. Em 1988, a observação de estrelas chamadas supernovas tipo 1A sugerido que esta expansão é acelerado mais e mais. A expansão do universo foi proposto e demonstrado por Edwin Hubble, para determinar a distância para várias galáxias e verificar se o mais distante foram atraídos para o vermelho, ou seja, foram se afastando de nós. As observações mais precisas, até agora, com o WMAP e do Telescópio Espacial Hubble, apontam para uma velocidade de expansão de 70 a 72 quilômetros por segundo.

7- O que é radiação cósmica de fundo?
É uma radiação de microondas antiga, que permeia todo o universo, e é considerado como as brasas deixadas após o Big Bang. Foi descoberto acidentalmente por dois astrônomos da Bell Labs, Arno Penzias e Robert Wilson. Suas medidas, combinadas com a descoberta de Hubble de que as galáxias estão se afastando de nós, são uma forte evidência para a teoria do Big Bang.

8- O que é a matéria escura?
É uma forma hipotética de matéria que tem mais massa do que a matéria visível, mas ao contrário do que se pensa ela não interage com a força eletromagnética. Os cientistas acreditam na sua presença pois há efeitos gravitacionais sobre a matéria visível. Por exemplo, as velocidades de rotação de galáxias, velocidades orbitais das galáxias em aglomerados e distribuição de temperaturas do gás de galáxias sugerem que deve haver algo mais. Não há mais matéria em aglomerados de galáxias a partir do qual podemos esperar de galáxias e pelo gás quente que podemos ver. Aparentemente 30% do universo é composto de matéria escura. Descobrir sua natureza é um dos objetivos mais importantes da astronomia moderna.

9- O que é energia escura?
Este é um dos maiores mistérios da cosmologia hoje. A energia escura é uma presença misteriosa que oferece a melhor explicação até agora sobre por que o universo está se expandindo em um ritmo acelerado. No modelo atual da cosmologia, energia escura constitui 70% do total da massa-energia do universo. Existem dois modelos, segundo a qual a energia escura permeia o universo seja de forma heterogênea ou mudanças na densidade e energia em determinados momentos ou locais. Os cientistas afirmam que ela não interage com as forças fundamentais, excepto gravidade.

10- Como nasce e morre uma estrela?
Galáxias contêm nuvens de poeira e gás chamadas nebulosas. Se uma nebulosa cresce o suficiente, a sua gravidade supera a pressão do gás e da nuvem começa a entrar em colapso até atingir a temperatura suficiente para derreter (ou queimadura) de hidrogênio. A energia libertada pára a contração e perdeu as camadas exteriores de gás. O que resta é uma bola de fogo, composta principalmente de hidrogênio, iluminado pelas reações de fusão em seu núcleo. Ou seja, uma estrela. Quando ela fica sem combustível, a estrela começa a declinar. O núcleo torna-se principalmente hélio e inicia o colapso, enquanto que as regiões exteriores são empurradas para fora. A estrela está ficando mais fria e mais brilhante: é uma gigante vermelha. Se a estrela é grande, iniciar o ciclo novamente queimando hélio. Se maciça, começa uma terceira etapa, a queima de carbono. E se é realmente enorme, começa a queimar ferro.

11- O que é uma supernova e pra que serve?
É uma estrela de 5 a 10 vezes a massa do sol, após a queima de hidrogênio, hélio e carbono para se manter vivo, recorre ao ferro. Mas a fusão de ferro não libera energia, apenas absorve. Em seguida, o núcleo esfria, a fusão cessa, e as estrelas implodem. E então ela explode. Esta explosão é a maior violência do cosmos. Uma supernova única pode ser mais brilhante do que uma galáxia inteira por alguns dias. Após esta fase, o núcleo pode acabar tornando-se uma anã branca, uma estrela de nêutrons ou um buraco negro. Supernovas são utilizados para determinar a distância que é uma outra galáxia e da sua taxa de expansão.

12- De onde vêem os raios cósmicos mais energéticos?
As observações do Cosmic Ray Observatory Pierre Auger, na Argentina, em 2007, sugere que uma das fontes desses raios é o núcleo ativo de galáxias, ou buracos negros. 90% dos raios cósmicos são prótons, 9% são núcleos de hélio, enquanto o 1% restante são os elétrons. Graças à baixa densidade de matéria no espaço, essas partículas são capazes de viajar em uma única peça, até colidir com outras partículas na nossa atmosfera, causando chuvas cuja energia e composição foram medidos em vários observatórios astronômicos.

13- Quantas galáxias existem e como elas se formam?
Há cerca de 100 mil milhões de galáxias. No entanto, o processo detalhado da sua formação é uma das questões abertas em astronomia. Existem várias teorias em que pequenas estruturas, como aglomerados globulares foram unindo uns aos outros sob forças gravitacionais. Em outros modelos, vários proto-galáxias se formaram em um grande colapso simultâneo que poderia durar cem milhões de anos.

14- O que acontece quando duas galáxias colidem?
É muito comum que as galáxias se colidirem e interagir uma com a outra. Na verdade, acredita-se que as colisões entre galáxias e as uniões, são os principais processos da evolução. A maioria das galáxias têm interagido uma vez que eles formaram. E o interessante é que em tais colisões, não alteram as estrelas. A razão é que o tamanho das estrelas é muito pequeno comparado com a distância entre elas. Em vez disso, o gás e pó fazer interagir de modo tal que, mesmo atingir modificar a forma da galáxia. O atrito entre o gás e galáxias em colisão ondas de choque que por sua vez pode iniciar a formação de estrelas em uma determinada região da galáxia.

15- As galáxias ainda estão sendo criadas?
As últimas observações indicam que sim. A maioria das galáxias foram criadas no início da história do universo, os astrônomos pensavam que as grandes galáxias como a Via Láctea, que tem 12.000 milhões de anos, já não podia nascer. Mas o Telescópio Espacial GALEX nave espacial (Galaxy Evolution Explorer), lançado em 2003, detectou várias galáxias que parecem ser entre cem milhões e um bilhão de anos. Ou seja, os bebês.

16- Quando deixaram de nascer estrelas?
Espera-se que a era atual de formação de estrelas vai continuar por mais cem bilhões de anos. Após a "era estrelar" começará a diminuir para uma centena de trilhões de anos, como as estrelas de vida menor. No final da "era estrelar" as galáxias serão compostas de objetos compactos: anãs marrons, anãs brancas, estrelas de nêutrons e buracos negros.

17- O que é a antimatéria e por que há tão pouco?
Antimatéria é algo real e comprovado. Todas as partículas elementares têm uma contra partida com a mesma massa, mas carga oposta. Por exemplo, a antipartícula do elétron (carga negativa) é um (carga positiva) de pósitrons. Quando uma partícula colide com sua antipartícula, ambas são destruídas, liberando uma explosão de energia conhecida como raios gama. Nos estágios iniciais da formação do universo existiam pares partícula-antipartícula de todos os tipos eram continuamente criados e destruídos em colisões. Mas, em determinado momento, uma reação chamada baryogenesis violou esta simetria, causando um pequeno excesso de quarks e léptons mais de antiquarks e antileptons. Desde então, nosso universo é dominado "normal".

18- O que são buracos negros? Como se formam?
São objetos tão densos que nada escapa à sua força gravitacional. Geralmente é se formam quando uma estrela passa à supernova: explode seu núcleo e não há nenhuma força conhecida que pode parar a imensa gravidade que paira sobre ele. Acredita-se que quase todas as galáxias contêm buracos negros em seu centro, milhões e bilhões mais massivas que o nosso sol. Alguns deles são os objetos mais violentos e energético do universo: para absorver estrelas, poeira e gases, esses buracos negros disparar jatos de rádio e emitem pontos extremamente intensos de luz chamados quasares. Nós não podemos observar diretamente os buracos negros, mas vemos o efeito que têm sobre o material circundante.

19- Buracos negros morrem? E evaporam?
Uma pesquisa feita por especialistas, como Stephen Hawking sugere que os buracos negros não capturam matéria para sempre, pois às vezes há "vazamentos" lentos, sob a forma de energia chamada radiação de Hawking. Isso significa que não poderá ter a vida eterna. Os furos são encolhimentos e acontece que a taxa de radiação aumenta à medida que diminui a massa de furos, de modo que o objeto mais intensamente irradiado como se desvanece. Mas ninguém tem certeza do que acontece durante os últimos estágios da evaporação do buraco negro. Alguns astrônomos acham que permanece um remanescente pequeno. Geralmente, o conceito de buracos negros ainda é bastante especulativo.

20- O que acontece quando dois buracos negros colidem?
Quando duas galáxias se fundem, buracos negros supermassivos (bilhões tamanho do sol) acabarão por ter de interagir diretamente e em um impacto violento ou se movendo em direção ao centro para se tocam. E é aí que as coisas ficam interessantes. Em vez de se aproximar da maneira certa, as forças de ambos os monstros são tão extremas que um é expulso da galáxia unida recentemente a uma velocidade tão grande que ele nunca pode voltar. Enquanto isso, o buraco que dá o pontapé recebe uma quantidade enorme de energia, injetado no disco de gás e poeira ao seu redor. E então este álbum emite um brilho suave de raios-X que dura milhares de anos. A colisão de dois buracos negros é um evento raro.

21- O que é um buraco branco?
As equações da relatividade geral, têm uma propriedade matemática interessante: elas são simétricas no tempo. Isso significa que em qualquer solução das equações o tempo flui em sentido inverso, em vez de para a frente, e começa um outro conjunto de soluções para equações, igualmente válidas. Aplicando esta regra para a solução matemática que descreve buracos negros, você consebe um buraco branco. Como um buraco negro só pode engolir as coisas, um buraco branco só pode cuspir. Buracos brancos são uma solução perfeitamente válida matemática para as equações da relatividade geral. Mas isso não significa que um realmente exista um na natureza.

22 - Existe um bóson de Higgs e nele tem segredos do universo?
Por mais de duas décadas, os cientistas têm procurado por uma das coisas mais indescritíveis do universo, o bóson de Higgs, partícula que dá massa a tudo no cosmos. É uma partícula teorizada, mas nunca vista (em breve será confirmada ou não). O bóson de Higgs é famosa por ser a única partícula prevista pelo Modelo Padrão da física que foi detectado recentemente. Em teoria, todas as outras partículas no universo obtem a sua massa, interagindo com o campo criado por bósons de Higgs.

23 - Os prótons têm uma vida finita?
As grandes teorias unificadas da física de partículas prevêem que o próton tem uma vida finita. A física de como um próton se desintegra espontaneamente está intimamente relacionada com a física do Big Bang, e a diferença entre a quantidade de matéria e antimatéria no universo. A descoberta da desintegração espontanea do próton seria uma coisa fundamental da física e cosmologia.

24 - O que são as ondas gravitacionais?
Uma onda gravitacional é uma pequena flutuação na curvatura do tecido do espaço-tempo que se propaga como uma onda, para viajar para longe de um objeto ou um sistema de objetos em movimento. Foi prevista por Einstein, e seu estudo poderia responder a grande questão sobre o que a natureza da gravidade. Embora radiação gravitacional não foi medida diretamente, a sua existência tem sido demonstrada indiretamente, e pensa-se que pode ser ligada a violentos fenômenos cósmicos. Um satélite sofisticado chamado LISA interferômetro espacial, que será colocado em órbita na próxima década, incidirá na detecção e análise de ondas gravitacionais.

25 - O que são as lentes gravitacionais e para que são usadas?
Lentes gravitacionais são curvas no espaço-tempo quebrando a luz das estrelas em miragens duplos, triplos e quádruplos desde o início dos tempos. Imagine um objeto luminoso que é muito longe da Terra, digamos, 10.000 milhões de anos-luz de distância. Se não há nada entre você e esse objeto, você vai ver (com um super-telescópio) apenas uma imagem. Mas, se uma galáxia ou aglomerado de galáxias bloqueia a visão direta da outra estrela, a luz do objeto distante irá dobrar após a campo gravitacional ao redor da galáxia. Ou seja, a gravidade da galáxia está em atos de frente como uma lente para redirecionar os raios de luz. Mas em vez de criar uma única imagem do objeto distante, essa lente cria várias imagens do mesmo objeto. Lentes gravitacionais são usadas como telescópios naturais para detectar esses objetos muito antigos e distantes e para estudar a geometria e a expansão do universo.

26 - Há vida extraterrestre?
Até agora nenhum telescópio ou sonda encontrou traços específicos da vida como a conhecemos na Terra. O debate sobre a vida extraterrestre é dividido entre aqueles que pensam que a vida na Terra é extremamente complexa, o que torna improvável que haja algo como nós em outro planeta, e aqueles que apontam que os processos e produtos químicos envolvidos no criaturas terrestres são muito comuns em todo o universo, ea única coisa que estão a olhar para as condições adequadas.

27 - A vida chegou a Terra em asteroide?
Para astrobiologos que estudam a possibilidade de vida em outros mundosas, viagens interplanetárias não são privilégio de cometas, poeira cósmica e sondas espaciais, tripuladas ou não. Não é razoável, digamos, pensar que tenham existido cosmonautas outros por aí: Cowboys que viajam de volta, clandestinos de asteróides, escondidos nas dobras de um traje espacial, e até mesmo criaturas infelizes deslocados de seus mundos por colisões brutais. Todas essas formas de vida minúsculas poderiam ter saltado entre um planeta e outro, como folhas ao vento no tempo cósmico. Visto desta forma, a vida na Terra poderia muito bem vir de Marte ... ou vice-versa. Ou talvez a lua Europa, ou porque não Titan. Ou talvez o esporo com a centelha da vida vieram do outro lado da nuvem de Oort de asteróides. Esta é a teoria da panspermia.

28 - Pode haver vida sem água?
Água e vida como a conhecemos são inseparáveis. Ainda não foi visto nenhum corpo existir sem água, pois as células precisam de água para membranas que envolvem. No entanto, há outras formas de vida, como alguns animais, plantas e um número desconhecido de micróbios, que conseguem sobreviver durante longos períodos de tempo sem o líquido. Mas ainda há questões não resolvidas sobre esses seres tão especiais, que são duas: há forma de tolerância à seca dentro de seus corpos? E por que não são mais comuns?

29 - Júpiter é uma estrela fracassada?
Qualquer um dirá, observando nosso sistema solar de longe, que Júpiter e o Sol são os dois únicos objetos aqui. Este planeta é enorme, mas apesar disso é uma enormidade, mil vezes menor que o Sol. Para ser uma estrela, Júpiter terá de ser 80 vezes maior do que é. Porque ser grande é a única forma de gerar calor interno suficiente para permitir reações de fusão termonuclear de energia que lhes dá origem às estrelas. E isso nunca vai acontecer, diz-se então que Júpiter é uma estrela falhou.

30 - Neutrinos mantem os segredos do cosmos?
O Modelo Padrão da física previu que os neutrinos têm massa. E recentemente tivemos a descoberta deles! Essas partículas interessantes são a primeira evidência confiável de fenômenos que estão fora do modelo padrão. Os detectores de neutrinos futuros têm a missão de responder a outras perguntas sobre estas partículas. Por exemplo, o que essas mudanças de identidade dos processos que geram calor no interior da Terra? Há pistas para as explosões de supernovas? Os neutrinos são suas próprias antipartículas.

 

 


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