Seria este o fim da teoria das cordas? Ou a vitória?

 

Seria este o fim da teoria das cordas? Ou a vitória?

Cientistas da Universidade de Towson (EUA) identificaram um teste prático com base nos movimentos dos planetas, luas e asteroides que poderia provar (ou acabar com) a teoria das cordas.
A teoria das cordas pretende compreender todas as forças do universo – por isso, também é chamada de “teoria de tudo” -, mas até agora não podia ser testada com nenhuma instrumentação existente, porque a escala de nível e tamanho de energia para ver seus efeitos são muito extremos. No entanto, inspirados por Galileu Galilei e Isaac Newton, cientistas afirmam que medidas precisas das posições dos corpos do sistema solar poderiam revelar discrepâncias muito ligeiras no que é previsto pela teoria da relatividade geral e o princípio da equivalência, estabelecendo novos limites máximos para medir os efeitos da teoria das cordas.

A teoria das cordas espera fornecer uma ponte entre duas teorias bem testadas, mas ainda incompatíveis, que descrevem toda a física conhecida: a da relatividade geral de Einstein, a nossa teoria reinante de gravidade, e o Modelo Padrão da física de partículas, ou teoria quântica de campos, que explica todas as outras forças além da gravidade. A teoria das cordas postula que toda a matéria e energia do universo é composta de cordas unidimensionais. Essas sequências são um quintilhão de vezes menor do que o átomo de hidrogênio já infinitesimal e, portanto, muito pequenas para se detectar indiretamente. Da mesma forma, encontrar sinais dessas cordas em um acelerador de partículas exigiria milhões de vezes mais energia do que a que foi necessária para identificar o famoso bóson de Higgs.

“Os cientistas brincam que a teoria das cordas é promissora, e sempre será promissora, por causa da falta de poder para testá-la”, diz o Dr. James Overduin, do Departamento de Física, Astronomia e Geociências da Universidade de Towson, primeiro autor do estudo. “O que nós identificamos é um método simples para detectar ‘falhas’ na relatividade geral que poderiam ser explicadas pela teoria das cordas”. Overduin e seu grupo expandiram um conceito proposto por Galileu e Newton para explicar a gravidade. Segundo a história, Galileu deixou cair duas bolas de pesos diferentes da Torre de Pisa para demonstrar como elas iriam bater no chão ao mesmo tempo.

Anos mais tarde, Newton percebeu que a mesma experiência é realizada pela Mãe Natureza todo o tempo no espaço, onde as luas e planetas do sistema solar “caem” continuamente um no outro à medida que orbitam em torno de seus centros de massa comum. Newton usou observações de telescópio para concluir que Júpiter e suas luas galileanas caem com a mesma aceleração em direção ao sol. O mesmo teste pode ser usado para a teoria das cordas. O campo gravitacional funciona com exatamente a mesma força para todas as formas de matéria e energia, uma observação que levou Einstein a sua teoria da relatividade geral, que está atualmente consagrada na física como o princípio de equivalência.

A teoria das cordas prevê violações do princípio da equivalência, pois envolve novos campos que funcionam de forma diferente para objetos de composição diferente, levando-os a acelerar de forma diferente, ainda que no mesmo campo gravitacional. Com base no trabalho feito por Kenneth Nordtvedt e outros cientistas na década de 1970, Overduin e seus colaboradores consideram três possíveis assinaturas de violação do princípio de equivalência no sistema solar: desvios na Terceira Lei do movimento planetário de Kepler; deriva dos pontos estáveis de Lagrange; e polarização orbital (também conhecida como o efeito Nordtvedt), em que a distância entre dois corpos como a Terra e a lua oscila devido às diferenças de aceleração em direção a um terceiro corpo como o sol.

Até à data, não existe qualquer evidência de qualquer uma destas assinaturas. No entanto, todas as observações da ciência envolvem algum grau de incerteza experimental. A abordagem da equipe de Overduin é usar justamente essas incertezas experimentais para aumentar os limites e mostrar possíveis violações do princípio de equivalência por parte dos planetas, luas e asteroides troianos no sistema solar. Os satélites de Saturno, Tétis e Dione, são um caso de teste particularmente fascinante. Tétis é feito quase inteiramente de gelo, enquanto Dione possui um núcleo rochoso. Ambos têm um companheiro troiano. Outro motivo que os torna excepcionalmente valiosos como potencial teste da teoria das cordas é que, em uma era de orçamentos científicos cada vez maiores, possuem custo comparativamente reduzido. Só nos resta esperar pelos resultados.

Instrumento faz primeiras imagens diretas de exoplanetas
Beta Pictoris b, um planeta muito maior que Júpiter, é registrado pelo instrumento GPI ao lado de sua estrela, que tem o brilho escondido e aparece no centro da imagem. O GPI foi criado para registrar exoplanetas Foto: Christian Marois, NRC Canada / Divulgação
Após quase uma década de desenvolvimento, o instrumento Gemini Planet Imager (GPI) começou a coletar luz de mundos distantes. O equipamento foi desenvolvido, construído e otimizado para registrar planetas fora do Sistema Solar. Além disso, ele deve estudar discos de poeira ao redor de jovem estrelas, onde podem nascer novos planetas. O GPI atuará no telescópio Gemini, um dos maiores do mundo (com espelho de 8 metros), que fica no Chile. O Laboratório de Propulsão a Jato da Nasa (JPL, na sigla em inglês) contribuiu com o projeto ao desenvolver um sensor de infravermelho de ultraprecisão.

O sensor serve para medir pequenas distorções na luz da estrela que podem esconder um planeta. "Primeiro, nós mantemos a estrela no centro do instrumento, então seu brilho é bloqueado ao máximo. Segundo, garantimos que o instrumento em si está estável durante as longas exposições necessárias para registrar os fracos companheiros (planetas)", diz Kent Wallace, do JPL.

O GPI detecta o infravermelho, ou emissão de calor de jovens planetas parecidos com Júpiter e que tem órbitas distantes de sua estrela. Cada planeta registrado pode ser estudado em detalhes, revelando os componentes de sua atmosfera. Apesar de ter sido criado para observar planetas distantes, o GPI pode estudar mundos dentro do Sistema Solar. Na terça-feira, os cientistas divulgaram as imagens de teste da lua Europa, de Júpiter, durante o encontro da Sociedade Americana de Astronomia, em Washington.

 Nasa prevê 'chuva de ferro derretido' e 'neve' de areia quente em estrela anã
Astrônomos apresentam a primeira 'previsão do tempo' para uma estrela anã marrom
Ilustração mostra como seria o clima na estrela anã marrom Foto: Nasa / Divulgação
A primeira previsão do tempo para uma estrela anã marrom acaba de ser divulgada – e os prognósticos não são bons. Astrônomos preveem chuva de ferro derretido e "neve" de areia quente, com possibilidade de trovoadas e furacões. Novas observações do telescópio Spitzer, da agência espacial americana Nasa, revelam nuvens turbulentas que circulam ao redor da estrela anã marrom. Estrelas anãs marrons são consideradas uma espécie de versão "fracassada" de um astro normal, já que elas não conseguiram adquirir massa suficiente para sustentar o contínuo processo de fusão de átomos. A previsão meteorológica foi divulgada no 23º encontro da Sociedade Americana de Astronomia, em Washington.

'Deixe nevar'
É o retrato mais detalhado já feito de um planeta fora do sistema solar. Ao comentar o estudo, o professor Adam Burgasser, da Universidade da Califórnia, fez uma brincadeira com a canção de jazz "Let It Snow! Let It Snow! Let It Snow!". Vamos todos cantar a previsão de nossa estrela anã mais próxima: deixe nevar pedras, deixe nevar areia, deixe nevar minerais", disse Burgasser. Os astrônomos usaram o Spitzer para analisar 44 estrelas anãs marrons diferentes no sistema de Luhman 16AB – o mais próximo da Terra com presença de estrelas anãs, a 6,5 milhões de anos-luz do nosso sistema. Eles encontraram evidências de clima em apenas metade delas.

"As tempestades em estrelas marrons são muito mais violentas e variáveis", diz Aren Heinze, da Stony Brook University, de Nova York. "A chuva é quente demais para virar água. Provavelmente se trata de ferro derretido e silicatos (areia). Na medida em que os astros giravam ao redor do próprio eixo, os astrônomos observaram mudanças no brilho da superfície – sinais da existência de nuvens.

"Isso faz de nós 'astro-meteorologistas'. Nós conseguimos prever quão encoberto o tempo ficará, qual será a temperatura e quanto vento haverá em um determinado dia", disse Burgasser. Os ventos detectados possuem velocidades de 160 a 640 quilômetros por hora. As temperaturas alcançam 1,2 mil graus e há nuvens cobrindo metade da superfície do planeta. Uma nuvem chega sozinha chega a cobrir 20% da estrela. Astrônomos a compararam com a Grande Mancha de Júpiter, uma gigantesca tempestade que cobre 1% do planeta. Ao que tudo indica, a Grande Mancha Vermelha não é tão grande assim", diz Burgasser.

 

Hubble caça as primeiras galáxias do Universo

Imagem do projeto Frontier Fields feita com o Hubble revela algumas das galáxias mais antigas do Universo

Cientistas do mundo todo estão usando o Telescópio Espacial Hubble para tentar observar as primeiras galáxias do Universo. Os resultados iniciais do projeto, chamado The Frontier Fields (Os Campos da Fronteira), foram apresentados nesta terça-feira, durante a reunião anual da Sociedade Astronômica Americana, em Washington. Para que se tenha uma ideia do tamanho do avanço, as galáxias observadas agora são 20 vezes menos brilhantes do que as mais discretas vistas até então. Elas remontam a épocas anteriores a 12 bilhões de anos atrás. Em comparação, estima-se que o Big Bang — evento que teria dado origem ao Universo — aconteceu há cerca de 13,8 bilhões de anos. Para obter esse alcance sem precedentes, os pesquisadores combinaram o poder de observação do Hubble com um estranho fenômeno descrito pela teoria da relatividade geral de Albert Einstein: as lentes gravitacionais.

LUPAS NO ESPAÇO

Calma, não se apavore. É mais simples do que parece. A grande revolução da teoria de Einstein foi mostrar que objetos com massa, como a Terra ou o Sol, fazem o espaço ao redor deles se curvar. Isso significa que, ao passar de raspão pelo Sol, um raio de luz sofre um suave desvio de sua trajetória original — exatamente como a luz que passa por uma lupa é desviada, fazendo com que o objeto observado por ela pareça maior do que é. Moral da história: os astrônomos podem usar objetos com bastante massa (que geram bastante gravidade) como se fossem “lupas cósmicas”, ampliando a imagem de outros astros que estão atrás deles. Para fazer isso, o grupo internacional de astrônomos responsável pelo projeto apontou o Hubble para um aglomerado de galáxias chamado Abell 2744, que contém centenas de galáxias e está a 3,5 bilhões de anos-luz de distância.

O objetivo não era estudar o aglomerado em si, mas usar a gravidade combinada dele para ampliar a luz de objetos que estivessem ainda mais distantes, atrás dele. Em astronomia, olhar para as regiões mais distantes equivale a enxergar o cosmos como ele era bilhões de anos atrás. Afinal, esse é o tempo para que a luz que saiu desses objetos naquela época remota chegue até a Terra. Portanto, por meio de estratégias como essa, os cientistas podem estudar como eram as galáxias em seu estado mais primitivo. E o esforço aparentemente deu certo. Foram reveladas aproximadamente 3.000 galáxias ao fundo do Abell 2744 que de outro modo não poderiam ser observadas. Ainda não se sabe, contudo, se estamos diante das primeiras galáxias que se formaram no Universo ou se outras mais antigas podem estar ainda mais longe, fora do alcance de detecção atual.

“O Frontier Fields é um experimento; podemos usar a incrível qualidade de imagem do Hubble e a teoria da relatividade geral de Einstein para procurar pelas primeiras galáxias?”, disse Matt Mountain, atual diretor do STScI (Instituto de Ciência do Telescópio Espacial, órgão responsável pela administração do Hubble). Em combinação com essas observações, serão feitas também imagens similares com o Spitzer (que detecta infravermelho) e o Chandra (que estuda raios X). Espera-se que a sobreposição de informações permita estudar a evolução das galáxias do Universo bebê e compreender como elas eventualmente evoluiriam para objetos como a nossa Via Láctea, uma galáxia espiral que reúne cerca de 200 bilhões de estrelas, dentre elas o Sol.

LONGA BUSCA

O Hubble já tem uma imensa tradição na caça aos objetos mais distantes do cosmos. Foi com o chamado “Campo Profundo do Hubble”, obtido em 1995, que essa saga começou. A ideia, engendrada pelo astrofísico Robert Williams, então diretor do STScI, era de uma simplicidade franciscana. Bastava apontar o telescópio para uma região aparentemente vazia do céu e fazer exposições da mesma área, durante dez dias seguidos, para colher o máximo de luz possível daquele aparente vazio. Eis que a ideia deu resultado: em lugar do nada, o Hubble registrou quase 3.000 galáxias distantes num pedacinho de céu equivalente ao tamanho de uma bola de tênis observada a cem metros de distância.

Nasceu ali o primeiro estudo sofisticado do Universo primordial. O Campo Profundo do Hubble foi o primeiro esforço nesse sentido, seguido pelo Campo Ultraprofundo do Hubble, obtido pelo mesmo método, mas com uma câmera mais poderosa, em 2004. No ano retrasado, foi obtido o Campo Profundo Extremo do Hubble, que representa um pedacinho do Campo Ultraprofundo e revelou 5.500 novas galáxias, que remontam a até 13,2 bilhões de anos atrás.

 Telescópio mais sensível do mundo começa a mapear a Via Láctea em 3D
Telescópio Gaia custou 740 milhões de euros e viajou por três semanas até atingir um ponto estável a 1,5 milhão de quilômetros da Terra
Com definição de um bilhão de pixels, sensores do satélite Gaia podem medir com precisão, a partir da Lua, o dedão de uma pessoa na Terra Foto: AFP
O telescópio Gaia, que vai fazer o mais detalhado mapeamento da Via Láctea, entrou em operação nesta quarta-feira. Lançado em 19 de dezembro a partir da base da Agência Espacial Europeia (ESA) na Guiana Francesa, o equipamento de 740 milhões de euros vai fazer um mapeamento tridimensional de alta precisão da galáxia. Trata-se do telescópio com maior sensibilidade já construído. Seus sensores combinados atingem uma definição de um bilhão de pixels. Isso permitiria medir com precisão, a partir da lua, o dedão de uma pessoa na Terra.

A expectativa é que novos corpos celestes, incluindo planetas fora do sistema solar, possam ser identificados. Os dados prometem trazer mais pistas sobre a origem e a evolução do universo. A empresa Astrium, que construiu o telescópio, explica que boa parte de sua estrutura é feita de carbeto de silício, um material cerâmico muito leve e durável. Ele suporta variações térmicas amplas e assegura o bom funcionamento em baixas temperaturas, como os 110 graus Celsius negativos que o telescópio precisa enfrentar. Placas de transmissão de dados em alta velocidade farão o envio das informações à Terra.

As imagens serão capturadas simultaneamente por duas estruturas e direcionadas a uma mesma câmera. O novo telescópio está em orbita a 1,5 milhão de quilômetros da Terra e, em sua órbita, leva 180 dias para dar uma volta ao planeta. A estação espacial internacional ISS, por exemplo, faz seu giro em torno do planeta em 90 minutos. Para eventuais ajustes de sua orbita ou posição, o equipamento conta com propulsores de nitrogênio. Segundo o gerente de operações da aeronave, David Milligan, essas correções são importantes para manter o sol distante dos delicados instrumentos científicos do telescópio.

O equipamento vai passar agora por uma fase de quatro meses de ajustes. Depois de calibrado, deve operar por cinco anos. Nesse período, devem ser coletados dados de mais de um bilhão de estrelas, com o mapeamento de suas posições e movimentos, temperatura, luminosidade e composição. De acordo com a ESA, para garantir a precisão dos dados, cada estrela deverá ser observada cerca de 70 vezes. O volume de dados deve ultrapassar um milhão de gigabytes, o que equivale a cerca de 200 mil DVDs de informação.

 

Recém-descoberto planeta tem massa da Terra mas é gasoso

Impressão de artista de KOI-314c, o planeta mais leve até à data com a sua massa e tamanho físico medido. Tem a mesma massa que a Terra, mas é 60% maior em diâmetro.Crédito: C. Pulliam & D. Aguilar (CfA)

Uma equipe internacional de astrónomos descobriu o primeiro planeta com a massa da Terra que transita, ou passa em frente, da sua estrela-mãe. KOI-314c é o planeta mais leve a ter a sua massa e tamanho físico medido. Surpreendentemente, embora o planeta tenha a mesma massa que a Terra, é 60% maior em diâmetro, o que significa que deve ter uma atmosfera gasosa muito espessa. Este planeta pode ter a mesma massa que a Terra, mas certamente não é como a Terra," afirma David Kipping do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (CfA), autor principal da descoberta. "Prova que não existe uma linha divisória clara entre os mundos rochosos como a Terra e os mundos de água ou gigantes gasosos."

Kipping apresentou ontem a sua descoberta durante uma conferência de imprensa da 223.ª reunião da Sociedade Astronómica Americana. A equipe obteve as características do planeta usando dados do telescópio Kepler da NASA. KOI-314c orbita uma anã vermelha ténue localizada a aproximadamente 200 anos-luz de distância. Completa uma volta a cada 23 dias. A equipa estima que a sua temperatura seja de 104 graus centígrados, demasiado quente para a vida como a conhecemos.KOI-314c é apenas 30% mais denso que a água. Isto sugere que o planeta está envolto por uma atmosfera de hidrogénio e hélio com centenas de quilómetros de espessura.

Poderia ter começado como um mini-Neptuno e perdido alguns dos seus gases atmosféricos ao longo do tempo, fervidos pela intensa radiação da sua estrela. É um desafio obter a massa de um planeta tão pequeno. Convencionalmente, os astrónomos medem a massa de um exoplaneta ao medir as pequenas oscilações da estrela induzidas pela gravidade do planeta. Este método de velocidade radial é extremamente difícil para um planeta com a massa da Terra. O anterior detentor deste recorde de menor massa medida (Kepler-78b) tem uma massa 70% superior à da Terra. Para KOI-314c, a equipa contou com uma técnica diferente conhecida como Variações no Tempo de Trânsito (TTV - Transit Timing Variations).

Este método apenas pode ser utilizado quando mais do que um planeta orbita a estrela. Os dois planetas exercem força um sobre o outro, mudando ligeiramente os tempos em que transitam a sua estrela hospedeira. "Em vez de olhar para a oscilação da estrela, essencialmente olhamos para a oscilação de um planeta," explica o segundo autor, David Nesvorny do Instituto de Pesquisa do Sudoeste (Southwest Research Institute - SwRI). "O Kepler viu dois planetas que transitavam continuamente em frente da mesma estrela. Ao medir com muito cuidado os tempos dos trânsitos, fomos capazes de descobrir que os dois planetas estão trancados numa dança intricada de pequenas oscilações, fornecendo as suas massas."

O segundo planeta no sistema, KOI-314b, tem mais ou menos o mesmo tamanho que KOI-314c mas é significativamente mais denso, com cerca de 4 vezes a massa da Terra. Orbita a estrela a cada 13 dias, o que significa que está numa ressonância de 5 para 3 com o planeta exterior. O TTV é um método muito jovem de descobrir e estudar exoplanetas, usado pela primeira vez em 2010. Esta nova medição mostra o poder potencial do TTV, particularmente quando se trata de planetas de baixa-massa difíceis de estudar usando técnicas tradicionais. "Estamos trazendo as Variações no Tempo de Trânsito até à maturidade," afirma Kipping. O planeta foi descoberto por acaso pela equipa enquanto vasculhavam os dados do Kepler, não em busca de exoplanetas, mas de exoluas.

O projecto HEK (Hunt for Exomoons with Kepler), liderado por Kipping, procura TTVs no tesouro planetário do Kepler, que também podem ser sinais da presença de exoluas. "Quando nos apercebemos que este planeta apresentava variações no tempo de trânsito, a assinatura era claramente devida a outro planeta no sistema e não uma lua. Ficámos desapontados ao início por não ser uma lua, mas rapidamente apercebemo-nos que era uma medição extraordinária," afirma Kipping.

 Super-terras têm pouca semelhança com nosso planeta, dizem cientistas
Em conferência, astrônomos afirmam que nosso planeta é 'único'. Já foram catalogados 3 mil exoplanetas com chance de vida extraterrestre.
Concepção artística de um exoplaneta passando perto de sua estrela (Foto: Nasa/ESA/G. Bacon)
Os astrônomos os chamam de super-terras e eles são abundantes fora do nosso sistema solar, mas quanto mais os cientistas aprendem sobre eles, mais nosso planeta parece um "estranho no ninho" quando comparado. Acredita-se que planetas do tamanho da Terra ou até quatro vezes maiores representem três quartos dos planetas candidatos a ter condições favoráveis à vida descobertos pelo telescópio espacial Kepler, da agência espacial americana (Nasa). Até agora, os astrônomos catalogaram cerca de 3.000 destes planetas na esperança de que possam indicar a existência de vida fora da nossa galáxia.

Mas especialistas reunidos em um encontro da Sociedade Astronômica Americana nos arredores de Washington afirmaram nesta segunda-feira (6) que embora os exoplanetas sejam comuns, eles têm pouca semelhança com a Terra. "Nosso sistema solar parece ser diferente. Todos estes planetas que a Kepler descobriu são estranhos", disse Yoram Lithwick, da Universidade Northwestern. "De 20% a 30% de todas as estrelas têm estes planetas malucos", acrescentou.

Excesso de gás

Super-terras e mini-Netunos que têm mais de duas vezes e meia o raio da Terra "devem ser cobertos com montes e montes de gás, o qual é o resultado mais surpreendente", afirmou Lithwick. Ele estudou cerca de 60 destes planetas e descobriu que provavelmente eles se formaram "muito rapidamente depois do nascimento de sua estrela, enquanto ainda havia um disco gasoso ao redor da estrela". "Em comparação, acredita-se que a Terra tenha sido formada muito depois de que o disco de gás desapareceu", acrescentou. Não apenas muitos destes planetas são mais quentes do que a Terra, com há uma quantidade de gás enorme cobrindo seu núcleo rochoso resultando em pressão atmosférica extrema. "Aqui na Terra seria como estar sob 10 oceanos", afirmou Geoff Marcy, da Universidade da Califórnia em Berkeley.

Vida fora da Terra?

Consultado se seria possível encontrar vida nestas condições, Marcy disse aos jornalistas ter feito a mesma pergunta a alguns de seus amigos especialistas em biologia. Resumidamente, eles não têm certeza, afirmou. "Não é impossível", estimou. 'Nós sabemos muito pouco sobre como a vida começou e em quais ambientes pode florescer'. O telescópio Kepler foi lançado em 2009 em uma missão de busca de planetas similares à Terra ao observar seu trânsito ou ofuscamento diante da luz, à medida que passam em frente a suas estrelas. Ele não está mais completamente operacional, tendo perdido a tração em duas de suas quatro rodas de orientação no ano passado, mas astrônomos esperam que consiga continuar enviando observações limitadas de mundos distantes.

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