Planetas parecidos com a Terra têm núcleos parecidos também

EurekAlert

Link para o original: Earth-like planets have Earth-like interiors

HARVARD-SMITHSONIAN CENTER FOR ASTROPHYSICS

Todas as crianças aprendem na escola a estrutura básica da Terra: uma fina crosta externa, um denso manto e um núcleo do tamanho de Marte. Porém, seria esta estrutura universal? Será que outros exoplanetas que orbitam suas próprias estrelas têm as mesmas três camadas? Novas pesquisas dizem que sim – eles têm interiores muito parecidos com a Terra.

“Queríamos saber como esses exoplanetas rochosos eram. No fim eles se parecem muito com a Terra” diz Li Zeng, principal autor do artigo do Centro Harvard-Simthsonian para Astrofísica (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics = CfA).

Para chegar a esta conclusão, Zeng e seus co-autores aplicaram um modelo de computação conhecido como Modelo de Referência Preliminar da Terra (Preliminary Reference Earth Model = PREM), que é o modelo padrão para o interior da Terra. Então eles fizeram os ajustes para acomodar diferentes massas e composições, e aplicaram-no a seis exoplanetas rochosos conhecidos, com massas e tamanhos bem medidos.

Descobriram que os outros planetas, a despeito de suas diferenças para com a Terra, todos deveriam ter um núcleo de ferro/níquel responsável por cerca de 30% da massa do planeta. Para comparar, cerca de um terço da massa da Terra está em seu núcleo. O restante de cada planeta deveria ser manto e crosta, tal como é na Terra.

“Só compreendemos a estrutura da Terra nos últimos cem anos. Agora, podemos calcular as estruturas de planetas que orbitam outras estrelas, muito embora não possamos ir lá”, acrescenta Zeng.

Este mesmo modelo pode ser aplicado a mundos menores e congelados, tais como luas e planetas anões no Sistema Solar exterior. Por exemplo, quando aplicou a massa e o tamnho de Plutão, a equipe descobriu que Plutão tem cerca de um terço de gelo (a maior parte gelo de água, mas também gelos de amônia e metano).

O modelo parte do pressuposto de que os exoplanetas distantes tenham composições químicas semelhantes à da Terra. Isso é um pressuposto razoável, com base na quantidade estimada de elementos químicos chave, tais como ferro, magnésio, silício e oxigênio nos sistemas próximos. No entanto, planetas que se tenham formado em regiões mais ricas ou pobres em metais [NT: para astrônomos e astrofísicos, tudo mais pesado que hidrogênio e hélio é “metal”] na galáxia podem ter estruturas interiores diferentes. A equipe espera explorar essa qustão em suas futuras pesquisas.

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Estrelas canibais

EurekAlert

Link para o original: ‘Cannibalism’ between stars

Nova pesquisa mostra o passado turbulento de nosso Sol

UNIVERSIDADE DE VIENNA

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Esta é uma simulação de um disco circunstelar instável, feito por meio de cálculos hidrodinâmicos. A forma protoplanetária no disco é devida à fragmentação gravitacional. As três figuras menores mostram o agregado sendo gradualmente absorvido pela estrela.

Copyright: Eduard Vorobyov, Universität Wien

As estrelas nascem dentro de um disco giratório de gás e poeira interestelares que se contrai até a densidade estelar graças a sua própria gravidade. Porém, antes de fazer parte da estrela, a maior parte da nuvem recai em um disco circunstelar que se forma em torno do que será o núcleo da estrela, devido à conservação do momento angular. A maneira pela qual o material é transportado pelo disco até a estrela, fazendo com que esta aumente sua massa, se tornou recentemente um dos principais tópicos de pesquisa na astrofísica.

Verificou-se que as estrelas não acumulam massa de maneira constante, como se pensava anteriormente, mas sim em uma série de eventos violentos que se manifestam como um notável aumento no brilho da estrela. A jovem estrela FU Orionis na constelação de Órion é o exemplo perfeito, tendo mostrado um aumento em seu brilho de até 250 vezes, no período de apenas um ano, permanecendo nesse estágio de alta luminosidade pelos últimos cem anos.

Um dos mecanismos possíveis para explicar esses eventos de aumento de brilho, foi proposto há dez anos por Eduard Vorobyov, que agora trabalha no Departamento de Astrofísica da Univesidade de Vienna, em colaboração com Shantanu Basu da Universidade de Western Ontario, Canada.

De acordo com a teoria aventada  por eles, o aumento do brilho da estrela pode ser causado pela fragmentação decorrente de instabilidades gravitacionais nos massivos discos gasosos que circundam estrelas jovens, seguida pela migração de densos aglomerados gasosos para dentro da estrela. Tal como o ato de jogar toras de lenha em uma fogueira, esses espisódios liberam um excesso de energia que faz com que a jovem estrela aumente o brilho centenas e até milhares de vezes. A cada episódio, a estrela consome o equivalente a uma massa terrestre a cada dez dias. Após isso, pode levar outros milhares de anos até que ocorra um novo evento semelhante.

Eduard Vorobyov  descreve o processo de formação desses aglomerados de gás nos discos circunstelares, seguido de sua migração para dentro das estrelas, como “canibalismo em escala astronômica”. Esses aglomerados poderiam ter-se estabilizado em planetas gigantes, tais como Júpiter, entretanto foram devorados pela estrela mãe. Tal coisa evoca uma analogia interessante com a mitilogia grega, na qual Cronus, o líder da primeira geração de Titãs, devorava seus filhos recém nascidos (embora não tenha conseguido devorar Zeus que finalmente acabou por matar seu pai e assumir seu trono).

Com o advento de novos instrumentos de observação, tais como o Telescópio SUBARU, de 8,2 m, instalado no Mauna Kea, Hawaii, para observar as faixas de luz visível e infravermelho, tornou-se possível pela primeira vez testar as previsões dos modelos teóricos. Usando as observações de alta resolução da luz polarizada, uma equipe internacional de astrônomos, liderada por Hauyu Liu do European Space Observatory (Garching, Alemanha) verificou a presença de caracterísitcas chave associadas com o modelo de fragmentação do disco – arcos e braços de grande escala em torno de quatro estrelas jovens que passavam por súbitos aumentos na luminosidade, inclusive a estrela protótipo FU Orionis. Os resultados desse estudo foram aceitos para publicação em Science Advances – uma publicação revisada por pares e de acesso livre pertencente ao grupo Science.

“Isto é um passo importante para a compreensão de como as estrelas e os planetas se formam e evoluem”, afirma Vorobyov, “Se pudermos comprovar que a maior parte das estrelas passa por esses episódios de aumento do brilho causados por instabilidade gravitacional, poderia significar que nosso próprio Sol pode ter passado por vários episódios semelhantes, o que implica que os planetas gigantes do Sistema Solar são sortudos sobreviventes do passado tempestuoso do Sol”.

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Publicação em Science Advances

Hauyu Baobab Liu, Michihiro Takami, Tomoyuki Kudo, Jun Hashimoto, Ruobing Dong, Eduard I. Vorobyov, Tae-Soo Pyo, Misato Fukagawa, Motohide Tamura, Thomas Henning, Michael M. Dunham, Jennifer Karr, Nobuhiko Kusakabe, Toru Tsuribe: “Circumstellar Disks of the Most Vigorously Accreting Young Stars”, publicado online em 5 de fevereiro de 2016.

Tempos turbulentos: quando duas estrelas se aproximam

Traduzido de: Turbulent times: When stars approach

Astrofísicos do HITS usam novo método para simular a fase de envelope comum de estrelas binárias e descobrem irregularidades dinâmicas que podem auxiliar a explicar como as supernovas evoluem

HEIDELBERG INSTITUTE FOR THEORETICAL STUDIES (HITS)

 

Quando olhamos para o céu noturno, vemos as estrelas como pequenos pontos de luz vivendo sua solitária existência a distâncias enormes da Terra. Mas as aparências enganam. Mais da metade das estrelas que conhecemos têm uma companheira, uma segunda estrela próxima que pode ter uma enorme influência sobre sua companheira primária. A influência mútua nestes sistemas binários de estrelas fica particularmente intenso quando as estrelas passam por uma fase na qual elas são circundadas por um envelope comum, feito de hidrogênio e hélio. Comparada com o tempo total que as estrelas levam para evoluir, essa fase é extremamente curta, de forma que os astrônomos têm grandes dificuldades para observá-la e, desta forma, compreendê-la. É aqui onde entram modelos teóricos de simulação computadorizada. As pesquisas sobre este fenômeno são relevantes para a compreensão do fenômeno astronômico conhecido como supernovas.

Usando novos métodos, os astrofísicos Sebastian Ohlmann, Friedrich Roepke, Ruediger Pakmor e Volker Springel do Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS) deram um passo à frente na modelagem deste fenômeno. Conforme relatam em The Astrophysical Journal Letters, os cientistas usaram com sucesso simulações para descobrir irregularidades dinâmicas que acontecem durante a fase de envelope comum e são cruciais para a existência subsequente de sistemas binários de estrelas. Essas instabilidades modificam o fluxo da matéria para dentro do envelope, o que por sua vez influencia a distância entre as estrelas e estabelece, por exemplo, se vai resultar em uma supernova e, caso afirmativo, de que tipo será.

O artigo é fruto da colaboração entre dois grupos de pesquisa do HITS, o grupo de Física de Objetos Estelares (Physics of Stellar Objects = PSO) e o grupo de Astrofísica Teórica (Theoretical Astrophysics group  = TAP). O programa Arepo para simulações de hidrodinâmica do Prof. Volker Springel foi empregado e adaptado para a modelagem. Este resolve as equações em uma grade móvel que segue o fluxo de massa e, assim, aumenta a precisão do modelo.

Duas estrelas, um envelope

Mais da metade das estrelas conhecidas evoluíram em sistemas binários. A energia de sua luminosidade vem da fusão nuclear de hidrogênio em seus núcleos. Assim que o hidrogênio que alimenta a fusão acaba na estrela mais pesada, o núcleo da estrela encolhe. Ao mesmo tempo, começa a aparecer um envelope estelar grandemente estendido, feito de hidrogênio e hélio. Então a estrela se torna uma gigante vermelha.

Na medida em que o envelope da gigante vermelha continua a se expandir, a estrela secundária puxa o envelope para si por meio da gravidade e parte do envelope flui em sua direção. No descurso desse processo, as estrelas se aproximam. Por fim, a estrela secundária pode cair no envelope da gigante vermelha e ambas passam a ser circundadas pelo mesmo envelope. Quando os núcleos da gigante vermelha e da secundária se aproximam, a atração gravitacional entre eles libera energia que passa para o envelope comum. Em decorrência disso, o envelope é ejetado e se mistura à matéria interestelar da galáxia, deixando para trás um sistema binário próximo que consiste do núcleo da gigante vermelha e da estrela secundária.

O caminho para a explosão estelar

Sebastian Ohlmann do grupo PSO explica por que essa fase de envelope comum é importante para a compreensão dos modos como vários sistemas estelares evoluem: “Dependendo daquilo com o que o envelope comum se parece no início, muitos fenômenos diferentes podem se seguir no final, tal como uma supernova termonuclear”. Ohlmann e seus colegas estão investigando o roteiro dessas explosões estelares que estão entre os eventos mais luminosos do universo e podem iluminar toda uma galáxia. Porém a modelagem de sistemas que podem levar a tais explosões. é assolada pelas incertezas sobre a fase de envelope comum. Uma das razões para isto é que o núcleo da gigante vermelha é qualquer coisa entre mil e dez mil vezes menor do que o envelope, de forma que as diferenças nas escalas temporal e espacial complicam o processo de modelagem e tornam necessárias aproximações. As simulações metodicamente inovadoras realizadas pelos cientistas de Heidelberg são um primeiro passo para a compreensão dessa fase.

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Artigo publicado:

Ohlmann, S. T., Roepke, F. K., Pakmor, R., & Springel, V. (2016):
Hydrodynamic moving-mesh simulations of the common envelope phase in binary stellar systems, The Astrophysical Journal Letters, 816, L9, DOI: 10.3847/2041-8205/816/1/L9
http://arxiv.org/abs/1512.04529

Os raios gama vindos do centro da Via Láctea não são indício de matéria escura

EurekAlert

Galactic center’s gamma rays unlikely to originate from dark matter, evidence shows

PRINCETON UNIVERSITY

Estudos independentes feitos por grupos nos EUA e na Holanda, indicam que o excesso observado de raios gama vindos do meio da galáxia, provavelmente vêm de uma fonte ainda não conhecida e não de matéria escura. Os melhores candidatos a serem tais fontes são estrelas de nêutrons que giram muito rápido, o que será o alvo principal dos estudos que se seguirão. Os grupos de Princeton/MIT e o da Holanda se valeram de duas técnicas diferentes, ruído não Poissoniano e tranformações de wavelets, respectivamente, para determinarem independentemente se os sinais eram ou não devidos à auto-aniquilação da matéria escura.
Imagem cortesia de Christoph Weniger


Jatos de raios gama vindos do centro de nossa galáxia provavelmente não são sinais de matéria escura, mas sim de outros fenômenos astrofísicos tais como estrelas de nêutrons de alta rotação, chamadas de pulsares de milissegundo – é o que apontam dois novos estudos, um de uma equipe com base na Universidade Princeton e no Massachusetts Institute of Technology, o outro com base na Holanda.

Estudos anteriores sugeriam que os raios gama vindos da densa região do espaço na Via Láctea interior, poderiam ser causados pela colisão das invisíveis partículas de matéria escura. No entanto, usando novos métodos de análise estatística, as duas equipes de pesquisas descobriram de maneira independente que os sinais de raios gama não têm as características esperadas para sinais de colisão de partículas de matéria escura. Ambas as equipes relataram suas descobertas na edição desta semana de Physical Review Letters.

“Nossa análise sugere que o que estamos observando são indícios de uma nova fonte astrofísica de raios gama no centro da galáxia”, disse said Mariangela Lisanti, professora assistente de física em Princeton. “Esta é uma região muito complicada do céu e existem outros sinais astrofísicos que podem ser confundidos com sinais de matéria escura”.

Acredita-se que existe matéria escura no centro da Via Láctea porque nele reside uma grande concentração de massa, inclusive densos aglomerados de estrelas e um buraco negro. Uma descoberta conclusiva da ocorrência de colisões de partículas de matéria escura seria um enorme passo para a nossa compreensão do universo. “Se encontrássemos indícios diretos dessas colisões, isto seria interessante porque nos ajudaria a compreender o relacionamento entre a matéria escura e a matéria comum”, explicou Benjamin Safdi, pesquisador pós-doutorado no MIT que obteve seu Ph.D. em 2014 em Princeton.

Para dizer se os sinais eram provenientes de matéria escura ou de outras fontes, a equipe de pesquisa Princeton/MIT se voltou para técnicas de processamento de imagens. Eles procuraram por com o que os raios gama deveriam se parecer, se viessem realmente da colisão das hipotéticas partículas de matéria escura, as weakly interacting massive particles, ou WIMPs. Para a análise, Lisanti, Safdi e Samuel Lee, um antigo pesquisador pós-doutoral de Princeton, que agora está no Broad Institute, juntamente com os colegas Wei Xue e Tracy Slatyer do MIT, estudaram imagens dos raios gama capturadas pelo Telescópio Espacial de Raios Gama Fermi da NASA, que vem mapeando esses raios desde 2008.

Acredita-se que as partículas de matéria escura perfaçam uns 85% da massa do universo, porém elas jamais foram detectadas. A colisão de duas WIMPs, de acordo com um modelo largamente aceito de matéria escura, faz com que elas se aniquilem, produzindo raios gama que são o tipo mais energético de luz que há no universo.

De acordo com esse modelo, as partículas de luz (fótons) de alta energia, ficariam suavemente distribuídos entre os pixels das imagens capturadas pelo Telescópio Fermi. Por outro lado, outras fontes, tais como estrelas de grande rotação, conhecidas como pulsares, liberam jatos de luz que são observados como pixels brilhantes e isolados.

Os pesquisadores aplicaram seu método de análise estatística às imagens coletadas pelo Telscópio Fermi e descobriram que a distribuição dos fótons era granulada, em lugar de suave, o que indicava que os raios gama provavelmente não eram causados por colisões de partículas de matéria escura.

O que são exatamente essas novas fontes, é o que não se sabe, segundo Lisanti, mas uma possibilidade é que sejam estrelas de alta rotação, muito velhas, conhecidas como pulsares de milissegundo. Ela diz ainda que será possível explorar a fonte dos raios gama usando-se outros tipos de pesquisa astronômica que envolvem telescópios que detectam rádio-frequências.

Douglas Finkbeiner, professor de astronomia e física na Universidade Harvard e que não esteve diretamente envolvido com o presente estudo, declarou que, embora a descoberta comlique a busca pela matéria escura, leva a outras áreas para descobertas. “Nosso trabalho como astrofísicos é caracterizar o que observamos no universo, não obter algum resultado predeterminado e desejado. É claro que seria excelente encontrar matéria escura, mas apenas visualizar o que acontece lá fora e fazer novas descobertas é, por sí só, entusiasmante”.

Segundo Christoph Weniger da Universidade de Amsterdam e principal autor do estudo holandês, a descoberta é uma situação ganhar-ganhar: “Ou vamos encontrar centenas ou milhares de pulsares de milissegundo na próxima década – lançando luzes sobre a história da Via Láctea – ou não vamos encontrar coisa alguma. Neste último caso, uma explicação com base em matéria escura para o excesso de raios gama ficará muito mais óbvia”.

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A fase da Lua influencia as chuvas

EurekAlert

A fase da Lua afeta a quantidade de chuvas

UNIVERSITY OF WASHINGTON

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Dados de satélites por sobre os trópicos, entre 10 graus Sul e 10 graus Norte, exibem uma pequena queda no volume de chuvas quando a Lua está diretamente acima ou baixo. O painel de cima mostra a pressão do ar, o do meio mostra a taxa de modificação da pressão e o de baixo mostra a diferença da precipitação de chuvas em relação à média. A mudança é somente de 0,78 micrômetros.

 

CRÉDITO: TSUBASA KOHYAMA/UNIVERSITY OF WASHINGTON

Quando a Lua está no alto do céu, cria deformações na atmosfera do planeta que criam pequenas mudanças imperceptíveis na quantidade de chuva que cai abaixo.

Novas pesquisas da Universidade de Washington, que serão publicadas em Geophysical Research Letters mostram que a gravidade lunar afeta a quantidade de chuvas – muito embora de modo quase imperceptível.

“Até onde eu saiba, este é o primeiro estudo a conectar de modo convincente a força de maré da Lua com a precipitação de chuvas”, afirma o autor Tsubasa Kohyama, estudante de doutorado em ciências da atmosfera na UW.

Kohyama estava estudando ondas atmosféricas quando percebeu uma pequena oscilação na pressão do ar. Ele e seu co-autor John (Michael) Wallace,  professor de ciências atmosféricas na UW, levaram dois anos rastreando o fenômeno.

Variações na pressão do ar ligadas às fases da Lua foram descobertas pela primeira vez em 1847 e variações de temperatura em 1932, em observações a partir do solo. Um artigo anterior de pesquisadores da UW usou uma grade de dados globais para confirmar que a pressão do ar na superfície varia com as fases da Lua.

“Quando a Lua está bem por cima ou bem por baixo, a pressão do ar é mais alta”, explica Kohyama.

O presente artigo é o primeiro a demonstrar que o puxão gravitacional da Lua também provoca uma pequena diminuição no volume de chuvas.

Quando a Lua está diretamente acima, sua graviade fqaz com que a atmosfera da Terra se deforme em sua direção, de forma que a pressão (ou o peso) da atmosfera naquele lado do planeta aumenta. Pressões mais altas aumentam as temperaturas das camadas de ar abaixo. Uma vez que o ar mais quente pode conter mais umidade, essas camadas ficam menos propensas a atingir seus pontos de saturação.

“É como se o frasco se tornasse maior em altas pressões”, explica Kohyama. A umidade relativa afeta as chuvas, segundo ele, porque “menores umidades são menos favoráveis à precipitação”.

Kohyama e Wallace usaram 15 anos de dados coletados pela NASA e pela Agência Japonesa de Exploração Espacial com seu satélite de medição de precipitação pluviométrica, de 1988 a 2012, para demonstrarem que as chuvas são realmente ligeiramente mais leves quando a Lua está no alto. A mudança é de apenas cerca de 1% da variação total, entretanto, portanto nada capaz de afetar outros aspectos do tempo ou que seja perceptível para as pessoas.

“Ninguém precisa levar um guarda-chuva só porque a Lua está nascendo”, brinca Kohyama. Em lugar disso, este efeito pode ser usado pelos modelos climáticos para verificar se a física neles é boa o bastante para reproduzir o efeito de maré que, eventualmente, leva a uma precipitação menor.

Wallace planeja continuar a explorar o tópico para verificar se certas qualidades de chuvas, tais como chuvas fortes, são mais suscetíveis às fases da Lua e se a frequência de tempestades mostra qualquer conexão com a Lua.

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Como desviar um asteróide?… Com lasers, é claro!

Inside Science News Service

Lasers Podem Impedir Que Um Dia Asteróides Colidam Com a Terra 

Foto do meteoro (e a bola de fogo causada por ele) de Chelyabinsk, tirada em 15 de fevereiro de 2013, a uma distância de mais de 200km.
Crédito da Imagem: cyberborean via flickr | http://bit.ly/1RR6huH
Informações sobre direitos: http://bit.ly/1dWcOPS
Original em inglês publicado em 29 de janeiro de 2016
Por  Charles Q. Choi, Contribuidor do ISNS

(Inside Science) — Lasers montados em espaçonaves robóticas ou satélites gigantescos podem desviar asteróides para longe da Terra – é o que sugerem novas simulações orbitais que exploram esta estratégia de defesa.

O impacto de um cometa ou asteróide com cerca de 20 km de largura provavelmente foi a causa da mais recente e familiar extinção em massa que encerrou a Era dos Dinossauros, há cerca de 65 milhões de anos. Tais impactos gigantescos são raros, mas impactos menores ainda podem causar um caos de grandes proporções.

“Nos últimos 100 anos, aproximadamente, tivemos dois impactos significativos dos quais temos conhecimento”, diz Philip Lubin, cosmologista experimental na Universidade da California, Santa Barbara. “Um foi o evento de 1908 em Tunguska, Russia, com uma potência estimada de 10 a 15 megatons de TNT, mais ou menos a mesma potência da maior arma nuclear já detonada pelos EUA. O segundo foi o evento de Chelyabinsk, também na Russia, em 2014, que teve uma potência estimada de cerca de meio megaton, o equivalente a uma arma termonuclear de média potência dos arsenais dos EUA e Russia”.

Os cientistas propuseram várias ideias para desviar objetos próximos da Terra (conhecidos por sua abreviatura em inglês Near-Earth Objects = NEO) ameaçadores. Por exemplo, impactadores cinéticos, talvez armados com bombas nucleares, poderiam ser lançados contra alvos de maneira a empurrá-los para fora da rota de colisão. Outra ideia é usar espaçonaves com massa suficiente para agirem como “tratores gravitacionais”, cuja própria atração gravitacional seria usada para puxar os alvos para novas órbitas. Ourtos propuseram que motores de empuxo, montados no próprio alvo, possam desviá-los de maneira continua — talvez motores iônicos, ou robos que minerem rochas dos alvos e os joguem para longe no espaço. Outros ainda afirmam que cobrir um dos lados do alvo com tinta ou espelhos, pode alterar o quanto o alvo é aquecido pelo Sol, o que pode, por sua vez, alterar gradualmente sua trajetória.

Agora, Lubin e seus colegas propuseram empregar lasers, alimentados com energia solar, para explodir os alvos. As plumas de rochas vaporizadas podem empurrar os alvos para fora dos rumos de colisão.

A equipe de Lubin rodou simulações em computadores para ver o quão bem lasers de diferentes potências poderiam funcionar contra asteróides ameaçadores de vários tamanhos. Uma proposta é o DE-STAR (abreviatura de Directed Energy System for Targeting of Asteroids and exploRation = Sistema de Energia Direcionada para Alvejar Asteróides e Exploração), que consiste de um enorme satélite em órbita da Terra para explodir asteróides a distância. (Lubin desconversou quando perguntado se DE-STAR tem algo a ver com a “Death Star” [= “Estrela da Morte”] de “Guerra nas Estrelas”)

“O fato de que um sistema possa desviar um asteróide em rumo de colisão, a partir da órbita da Terra, é singular – todos os outros sistemas necessitam que uma astronave vá até o asteróide”, comentou o astrônomo Paul Chodas, gerente do Centro de Estudos de NEOs no Laboratório de Propulsão a Jato da NASA em Pasadena, California, o qual não participou da pesquisa.

Outro conceito de Lubin é o DE-STARLITE, uma espaçonave robótica menor que voa até o asteróide para desviá-lo, mantendo uma posição a cerca de 10 km de seu alvo. Os pesquisadores sugerem que DE-STARLITE é a opção mais prática, porque um sistema menor poderia ser construído mais rápido e barato.

Para DE-STARLITE, os pesquisadores modelaram uma espaçonave energizada por um conjunto de painéis solares. Eles simularam asteróides de tamanhos variados – desde o de 20 m da classe Chelyabinsk e de 80 m da classe Tunguska, até Apophis, um asteróide de 325 m que percorre uma órbita potencialmente perigosa, e até coisas maiores.

Por exemplo, uma versão de 20 kW da DE-STARLITE, funcionando por 15 anos, poderia desviar Apophis a uma distância igual ao diâmetro da Terra. “Os militares estão estudando atualmente lasers na faixa dos 100 kW, de forma que 20 kW seria provavelmente bem fácil de fazer”, argumenta Lubin.

Uma versão mais poderosa de DE-STARLITE com 1 MW poderia caber em um dos futuros foguetes do Sistema de Foguetes de Lançamento Espacial que está sendo desenvolvido pela NASA, e, ao longo de 5 anos, desviar alvos com até 500 m de diâmetro, ou asteróides das classes Tunguska  ou Chelyabinsk em menos de um ano após seu encontro com essas rochas, segundo os pesquisadores. “Um megawatt parece ser um bocado, mas não há qualquer motivo para que não pudéssemos fazê-lo nessa escala, se precisássemos”, afirma Lubin.

Uma vantagem chave desta estratégia de emprego de lasers “é que ela usa a massa do próprio asteróide para desviá-lo, em lugar de trazer um monte de combustível e outras coisas pesadas até o asteróide para movê-lo”, argumenta Lubin. E ele acrescenta que um sistema de lasers certamente pesaria menos do que qualquer outra opção, embora tivesse tanto ou mais efeito sobre os asteróides, além de permitir um nível de controle tão bom quanto as melhores alternativas.

Entretanto, DE-STARLITE requer tempo para funcionar– meses até chegar a um asteróide alvo e mais alguns anos até desviá-lo para uma trajetória segura. Os astrônomos podem não conseguir detectar um asteróide perigoso a tempo de interceptá-lo com o DE-STARLITE. Então, teríamos que recorrer a DE-STAR como última linha de defesa no curto tempo restante.

O DE-STAR é mais eficaz quando os alvos estão relativamente mais perto de seus lasers. Para desviar alvos para uma trajetória segura, DE-STAR precisa de um conjunto grande e muito poderoso de lasers, um onde os lasers estejam todos em fase.

Os pesquisadores calcularam que, se o DE-STAR tivesse um conjunto de lasers em fase de 1 km de largura e um conjunto de paineís solares igualmente grande, poderia desviar um objeto da classe Tunguska, com 80 m, no curso de quatro semanas — provavelmente não o suficiente para impedir um impacto, mas o bastante para direcionar o asteróide para um ponto de impacto desabitado. Um conjunto com 2 km poderia desviar um asteróide em até 127.000 km, ou seja, cerca de 10 vezes o diâmetro da Terra.

Um conjunto de alvos que DE-STAR poderia atacar, mas DE-STARLITE provavelmente não poderia, são os cometas de longo período, um daqueles que leva mais de 200 anos para completar uma órbita. A natureza de suas órbitas torna difícil o encontro de espaçonaves lançadas da Terra e eles, ainda mais para casar suas velocidades e trajetórias. “DE-STAR pode ser uma das poucas opções para nos defender contra cometas de longo período”, diz Lubin.

No entanto, a construção de algo como DE-STAR seria desafiadora. A Estação Espacial Internacional é atualmente o maior objeto feito pela humanidade existente no espaço e só tem 110 metros de envergadura. “A engenharia para construir uma espaçonave desse tamnho, teria que ser formidável, para dizer o mínimo”, diz Chodas.

Alguns podem temer que os poderosos lasers de DE-STAR possam ser potencialmente usados como armas.

Porém Chodas observa que podem existir outras aplicações pacíficas para satélites dotados de lasers, além de defesa contra asteróides, tais como a exploração interestelar.

“Lasers podem ser usados para impelir pequenas sondas até velocidades relativísticas, o que pode ser a única maneira possível de chegar às estrelas mais próximas”, argumenta Lubin.

Lubin e seus colegas detalharam suas descobertas em um artigo aceito pelas Publications of the Astronomical Society of the Pacific.


Charles Q. Choié um escritor freelance de ciências de Nova York que já escreveu para The New York Times, Scientific American, Wired, Science, Nature e várias outras agências de notícias. Seu Twitter é @cqchoi.

Nuvem de gás está retornando à via Láctea

EurekAlert

28-JAN-2016

Link para o original: Giant gas cloud boomeranging back into Milky Way

UNIVERSITY OF NOTRE DAME

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Este gráfico mostra como o Telescópio Espacial Hubble para observar três galáxis distantes por dentro da Nuvem Smith, uma técnica que lhes permitiu determinar a composição da nuvem.

CRÉDITO: NASA

Desde que os astrônomos descobriram a Nuvem Smith, uma nuvem gigante de gás mergulhando na direção da Via Láctea, nunca tinham sido capazes de determinar do que ela era composta, o que, por sua vez, permite descobrir sua origem. O astrofísico da Universidade de Notre Dame Nicolas Lehner e seus colaboradores conseguiram determinar que a nuvem contém elementos similares aos do nosso Sol, o que significa que a nuvem teve origem nas bordas externas da Via Láctea e não no espaço intergalático como alguns especulavam.

A Nuvem smith, descoberta na década de 1960, é a única nuvem de alta velocidade na galáxia cuja órbita está bem estabelecida, graças particularmente aos estudos com rádio-telescópios como o de Green Bank (Green Bank Telescope = GBT). A nuvem sem estrelas está se deslocando a uma velocidade próxima de 1.200.000 km/h e deve colidir com o disco da Via Láctea em cerca de 30 milhões de anos. Se ela fosse visível, teria um tamanho aparente de cerca de 30 vezes o diâmetro da Lua, de uma ponta a outra.

Os astrônomos pensaram por muito tempo que a Nuvem Smith poderia ser algo como uma galáxia sem estrelas, ou gás intergalático caindo para dentro da Via Láctea. Se fosse assim, a composição da nuvem teria que ser predominantemente hidrogênio e hélio, sem os elementos mais pesados, os quais são gerados dentro das estrelas.

A equipe usou o Hubble para determinar pela primeira vez a quantidade de elementos mais pesados que o hidrogênio na Nuvem Smith. Com o emprego do Espectrógrafo de Origens Cósmicas do Hubble (Hubble’s Cosmic Origins Spectrograph), os pesquisadores observaram a luz ultravioleta vinda dos reluzentes núcleos ativos de três galáxias que ficam a bilhões de anos luz por trás da nuvem. A Nuvem Smith absorve parte dessa luz na faixa de comprimento de onda muito curto; medindo-se a perda de luminosidade dessas galáxias quando estão atrás da nuvem, se pode estimar a composição química da nuvem.

Os pesquisadores procuraram especificamente pela absorção do elemento enxofre que é um bom padrão para estimar quantos elementos pesados residem na nuvem. “Em medindo o enxofre, se pode aprender o quão cheia de átomos de enxofre a nuvem é, em comparação com o Sol”, explica o líder da equipe Andrew Fox do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial em Baltimore. A equipe então comparou as medições de enxofre do Hubble com as medições de hidrogênio feitas pelo Telescópio de Green Bank.

Os astrônomos descobriram que a Nuvem Smith é tão rica em enxofre quanto o disco exterior da  Via Láctea, uma região que fica a aproximadamente 40.000 anos luz do centro da galáxia e cerca de 15.000 anos luz mais para fora do que nosso Sol e Sistema Solar. Isto significa que ela é poluída por material vindo de estrelas, o que não aconteceria se ela fosse uma imaculada nuvem de hidrogênio vinda de fora da galáxia. Ao contrário, a nuvem parece ter um relacionamento íntimo com a Via Láctea, mas foi, de alguma forma, ejetada do disco da Via Láctea há cerca de 70 milhões de anos e está voltando como um bumerangue para o seu disco.

Os astrônomos acreditam que a Nuvem Smith tenha gás suficiente para gerar dois milhões de estrelas como o Sol,  quando ela eventualmente atingir a Via Láctea. “Encontramos várias nuvens massivas de gás no halo da Via Láctea que podem servir como futuro combustível para formação de estrelas em seu disco, porém, na maioria dos casos, sua origem permanece um mistério. A Nuvem Smith é certamente um dos melhores exemplos para demonstrar que o gás reciclado é um mecanismo importante na evolução das galáxias”, afirma Lehner.

O estudo, intitulado “On the Metallicity and Origin of the Smith High-velocity Cloud”,  foi publicado na edição deste mês de Astrophysical Journal Letters. Fox, Lehner e o co-autor Jay Lockman do Observatório Radio-Astronômico Nacional discutiram a descoberta durante a Reunião do Instituto de Ciências do Telescópio Espacial Hubble nesta quinta feira, 28 de janeiro. Maiores informações disponíveis em: http://hubblesite.org/newscenter/archive/releases/2016/04.

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Como crescem os Aglomerados Estelares Gigantes

EurekAlert

27-JAN-2016

Nascimento de estrelas: aglomerados gigantescos de estrelas criam novas estrelas “adotando” gases cósmicos livres

THE KAVLI FOUNDATION

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Foto do massivo aglomerado globular NGC 1783 na Grande Nuvem de Magalhães, tirada pelo telescópio espacial Hubble. Este denso agrupamento de estrelas fica a cerca de 160.000 anos luz da Terra e tem uma massa equivalente da 170.000 vezes a de nosso Sol. Um novo estudo aponta que esse aglomerado globular sugou o gás e a poeira intergaláticos para gerar três diferentes gerações de estrelas.

CRÉDITO: ESA/Hubble & NASA. Acknowledgement: Judy Schmidt (geckzilla.com)

Entre os mais surpreendentes objetos do universo, estão os brilhantes e densos grupos de estrelas conhecidos como aglomerados globulare. Os astrônomos sempre pensaram que os aglomerados globulares formaram seus milhões de estrelas em uma só fornada e que todos os aglomerados globulares tinham, mais ou menos, a mesma idade, tais como irmãos e irmãs gêmeos. Porém descobertas recentes de estrelas jovens dentro de velhos aglomerados globulares tiraram essa imagem do foco.

Em lugar de ter toda sua descendência estelar em uma única ninhada, os aglomerados globulares podem ter uma segunda e até uma terceira ninhada de estrelas irmãs. Um novo estudo, liderado pelos pesquisadores do Kavli Institute for Astronomy and Astrophysics (KIAA) na Universidade de Beijing e que incluiu astrônomos dos Observatórios Nacionais da Academia Chinesa de Ciências (NAOC), da Universidade Northwestern e do Planetário Adler, pode explicar essas gerações sucessivas e intirgantes de estrelas.

Empregando observações feitas pelo Telescópio Espacial Hubble, a equipe de pesquisas encontrou, pela primeira vez, populações de estrelas jovens dentro de aglomerados globulares que, aparentemente, se desenvolveram graças ao gás de fora desses aglomerados. Este método contrasta com a ideia convencional de que as estrelas iniiciais dos aglomerados estelares espalham seu gás, na medida em que envelhecem, para formar novas ninhadas de estrelas.

O estudo será publicado hoje (27/01/2016) na Nature.

“O presente estudo fornece novas abordagens para o problema de múltiplas gerações de estrelas em aglomerados estelares”, afirma o autor principal Chengyuan Li, astrônomo de KIAA, NAOC e do Observatório Nacional da Montanha Violeta, afiliado à Academia Chinesa de Ciências. “Nosso estudo indica que o combustível gasoso para essas novas populações de estelas tem uma origem externa ao aglomerado, não interna”.

Dito de outra forma, os aglomerados globulares parecem ser capazes de “adotar” estrelas recém nascidas – ou, ao menos, o material do qual elas são formadas – em lugar de criarem mais descendentes “biológicos”, como o fazem as famílias humanas.

“Nossa explicação de que as populações estelares secundárias se originam de gás acretado a partir das vizinhanças do aglomerado, é a alternativa mais viável até agora”, diz Richard de Grijs, também astrônomo do KIAA e mentor de PhD de Chengyuan. “Aglomerados globulares passaram a ser muito mais complexos do que se pensava”.

Os aglomerados globulares são grupos de estrelas densamente compactadas. de formato esférico, que orbitam as periferias das galáxias. Nossa própria galáxia, a Via Láctea, hospeda várias centenas deles. Entretanto, a maioria desses aglomerados locai e massivos, são bastante velhos, de forma que a equipe virou sua atenção para aglomerados jovens e de meia idade, encontrados em duas galáxias anãs próximas: as Nuvens de Magalhães.

Mais especificamente, os pesquisadores se valeram das observações feitas pelo Hubble dos aglomerados globulares NGC 1783 e NGC 1696 na Grande Nuvem de Magalhães, em conjunto com o NGC 411 na Pequena Nuvem de Magalhães. Os cientistas rotineiramente inferem as idades das estrelas pela observação de suas cores e luminosidade. Dentro do NGC 1783, por exemplo, Li, de Grijs e seus colegas identificaram uma população inicial de estrelas com 1,4 bilhões de anos de idade, junto com duas populações mais jovens que se formaram a 890 milhões e 450 milhões de anos respectivamente.

Qual é a explicação mais direta para essas idades icongruentes das estrelas? Alguns aglomerados globulares podem reter gás e poeira suficientes para dar à luz várias gerações de estrelas, mas isto parece pouco provável, afirma o co-autor do estudo Licai Deng do NAOC e segundo mentor de PhD de Chengyuan.

“As estrelas mais massivas que se formam em um aglomerado globular, só vivem por cerca de 10 milhões de anos, antes de explodirem em spernovas, que ejetam o combustível de gás e poeira necessário para gerar novas estrelas”, explica Deng.

A equipe de pesquisadores propõe que os aglomerados globulares são capazes de sugar o gás e poeira que encontram na medida em que se movem em torno de suas galáxias mães. A teoria de que estrelas recém nascidas surgem nos aglomerados na medida em que eles “adotam” gases interestelares, na verdade surgiu em um artigo publicado em 1952. Mais de meio século depois, essa ideia, tida então como especulativa ganou indícios claros para apoiá-la.

“Finalmente demonstramos que essa ideia de aglomerados globulares formarem novas estrelas pela acreção de gás pode funcionar”, afirma de Grijs, “e não soemnte para os três aglomerados que observamos para o presente estudo, mas para um monte deles”. Estudos futuros terão como alvo estender as descobertas para a outra Nuvem de Magalhães, assim como outros aglomerados globulares da Via Láctea.

Outros membros da esquipe de pesquisa incluem Yu Xin e Yi Hu do NAOC, Aaron M. Geller da Universidade Northwestern e do Planetário Adler, e Claude-André Faucher-Giguère da Universidade Northwestern.

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Grandes problemas quânticos: tudo está conectado

Link para o texto original: Solving hard quantum problems: Everything is connected

Novos processos para cálculos de vários corpos

VIENNA UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

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Ondas em um condensado de Bose-einstein: um efeito de várias partículas

CRÉDITO: TU WIEN

 

Sistemas quânticos são extremamente difíceis de analisar, se consistirem em mais do que umas poucas partes. Não é tão difícil calcular um único átomo de hidrogênio, porém, para descrever uma nuvem com milhares de átomos, normalmente são necessárias aproximações grosseiras. A razão disso é que as partículas quânticas são conectadas entre si e não podem ser descritas separadamente. Kaspar Sakmann (TU Wien, Vienna) e Mark Kasevich (Stanford, USA) agora demonstram, em um artigo publicado em Nature Physics que este problema pode ser superado. Eles tiveram sucesso em calcular efeitos em nuvens de átomos super-resfriados que só podem ser explicados em termos das correlações quânticas entre vários átomos. Essas nuvens de átomos são conhecidas como Condensados de Bose-Einstein e são um campo ativo de pesquisas.

Correlações Quânticas

A física quântica é um jogo de sorte e aleatoriedade. Inicialmente, os átomos em uma nuvem de átomos resfriada não têm uma posição predeterminada. De forma muito parecida com um dado [de jogo] lançado pelo ar, onde o número ainda não é conhecido, os átomos estão localizados em todas as posições possíveis ao mesmo tempo. Somente quando são medidos é que suas posições são fixadas. “Lançamos uma luz sobre a nuvem de átomos que a absorvem”, explica Kaspar Sakmann. “Os átomos são fotografados e isso é o que determina suas posições. O resultado é totalmente aleatório”.

No entanto, existe uma diferença fundamental entre a aleatoriedade quântica e um jogo de dados: Se lançarmos dados diferentes ao mesmo tempo, eles podem ser considerados independentes um do outro. Se sair ou não o número seis no primeiro dado, isto não influencia o número que vai sair no segundo .Por outro lado, os átomos na nuvem são fisicamente conectados pela física quântica. Não faz sentido analisá-los individualmente; eles são um grande objeto quântico. Portanto, o resultado da medição de cada posição de qualquer átomos depende das posições de todos os outros átomos de uma forma matematicamente complicada.

“Não é difícil estabelecer a probabilidade de encontrar uma partícula em uma posição específica”, diz Kaspar Sakmann. “A probabilidade é mais alta no centro da nuvem e diminui gradualmente na direção das bordas”. Em um sistema aleatório clássico, esta seria toda a informação necessária. Se sabemos que, a cada lance de um dado, cada número tem 1/6 de probabulidade de sair, também podemos calcular a probabilidade de obtermos três números 1 com três dados. Mesmo que o resultado de três números 1 se repita cinco vezes, a probabilidade permanece a mesma para a próxima vez. Na física quântica é mais complicado do que isso. .

“O problema é resolvido passo a passo”, explica Sakmann. “Primeiro se calcula a probabilidade da primeira partícula ser medida em uma certa posição. A probabilidade de distribuição espacial da segunda partícula depende de onde a primeira partícula foi encontrada. A posição da terceira partícula depende das duas primeiras e assim por diante”. Para que se possa descrever a posição da última partícula, todas as outras posições têm que ser conhecidas. Este tipo de entrelaçamento quântico torna o problema matemático extremamente desafiador.

Somente as correlações podem explicar os dados experimentais

Mas estas correlações entre várias partículas são extremamente importantes – por exemplo, para calcular o comportamento dos átomos em uma colisão entre condensados de Bose-Einstein. “As experiências mostram que tais colisões podem conduzir a um tipo especial de ondas quânticas. Em certas posições vamos encontras muitas partículas, em uma posição adjacente, podemos não encontrar partícula alguma”, afirma Kaspar Sakmann. “Se considerarmos os átomos separadamente, isto não pode ser explicado. Somente se levarmos em conta toda a distribuição quântica, com todas as suas correlações de mais alto nível, essas ondas podem ser reproduzidas por nossos cálculos”.

Outros fenômenos também forma calculados com o mesmo processo, por exemplo, condensados de Bose-Einstein agitados com um feixe de laser, de forma que emergem pequenos vórtices – outro típico efeito quântico de muitas partículas. “Nossos resultados demonstram como são importantes essas correlações e que é possível incluí-las nos cálculos quânticos, a despeito de toda dificuldade matemática”, diz Sakmann. Com certas modificações, a abordagem pode vir a ser útil para mutos outros sistemas quânticos também.

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Teóricos sugerem novo processo para sondar o começo do universo

Link para o original: Theorists propose a new method to probe the beginning of the universe

HARVARD-SMITHSONIAN CENTER FOR ASTROPHYSICS

Como começou o universo? E o que havia antes do Big Bang? Cosmologistas têm feito estas perguntas desde que se descobriu que nosso universo está se expandindo. As respostas não são fáceis de encontrar. O início do cosmo está velado e oculto das vistas de nossos mais poderosos telescópios. Ainda assim, as observações que fazemos hoje, podem nos dar pistas da origem no universo. Novas pesquisas sugerem uma nova maneira de sondar o início do espaço-tempo e determinar qual das teorias correntes está correta.

O cenário teórico mais largamente aceito para o começo do universo é a inflação que prediz que o universo se expandiu em taxas exponenciais nas primeiras nano-frações de segundo. Por outro lado, vários outros cenários alternativos foram sugeridos, alguns dos quais predizem que, antes do Big Bang, houve um Big Crunch. O truque está em encontrar medições que possam estabelecer uma distinção entre esses possíveis cenários.

Uma fonte de informações promissora acerca do começo do universo é o Fundo Cósmico de Micro-ondas (conhecido pela sua abreviatura em inglês, CMB) – o eco distante do Big Bang que permeia todo o espaço. Esse brilhareco parece, a uma primeira vista, ser suave e uniforme, porém, quando investigado mais a fundo, mostra pequeninas variações. Essas variações decorrem de flutuações quânticas presentes no nascimento do universo que foram esticadas na medida em que este se expandiu.

A abordagem convencional para distinguir entre os diferentes cenários, busca os possíveis traços de ondas gravitacionais, geradas durante o universo primordial, na CMB. “O que estamos propondo é uma nova abordagem que pode nos permitir revelar diretamente a história de evolução do universo primordial, a partir dos sinais astrofísicos. Esta história é diferente em cada cenário”, diz o co-autor Xingang Chen do Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA) e da Universidade do Texas em Dallas.

Muito embora os estudos experimentais e teóricos deem pistas para as variações no universo primordial em termos de espaço, eles não o fazem para o elemento chave, o tempo. Sem um relógio para medir a passagem do tempo, a história da evolução do universo primordial não pode ser estabelecida sem dúvidas.

“Imagine que se pegasse os quadros de um filme e se empilhasse eles aleatoriamente. Se esses quadros não tiverem uma etioqueta de tempo, não será possível colocá-los na ordem certa. O universo primordial simplesmente explodiu, ou implodiu antes de explodir? Se não soubermos se o filme está correndo para a frente ou para trás, não podemos distinguir uma coisa da outra”, explica Chen.

Esta nova pesquisa sugere que este tal relógio existe e pode ser usado para medir a passagem do tempo no nascimento do universo. Esses relógios tomam a forma de partículas pesadas que são um produto esperado da “Teoria de Tudo” que vai integrar a mecânica quântica com a relatividade geral. Eles foram batizados de “relógios padrão primordiais”.

As partículas subatômicas pesadas se comportarão como um pêndulo, oscilando para frente e para trás de uma forma universal e padronizada. Elas podem fazê-lo por meio de oscilações quânticas, sem serem impelidas inicialmente. Essas oscilações quânticas vão agir como um tique-taque e adicionar as etiquetas de tempo aos quadros do filme da nossa analogia.

“Os tique-taques desses relógios padrão primordiais criariam as oscilações correspondentes no CMB, cujo padrão será forçosamente único para cada cenário”, diz o co-autor Yi Wang da Universidade de Ciência e Tecnologia de Hong Kong. Porém os presentes dados não são precisos o bastante para plotar variações tão pequenas.

Experiências correntes devem melhorar significativamente a situação. Projetos tais como o BICEP3 do CfA e o Telescópio Keck, assim como várias outras experiências correlatas pelo mundo inteiro, serão capazes de coletar dados extremamente precisos do CMB, ao mesmo tempo que prosseguem as buscas pela detecção de ondas gravitacionais. Se as oscilações dos relógios padrão primordiais forem suficientemente fortes, as experiências devem encontrá-los na próxima década. Indícios adicionais podem vir de outras linhas de investigação, tais como os mapas da estrutura em larga escala do universo que incluam as galáxias e o hidrogênio cósmico.

E, já que os relógios padrão primordiais seriam um componente da “Teoria de Tudo”, encontrá-los também proveria indícios para uma física além do Modelo Padrão em uma escala que os colisores de partículas na Terra não têm acesso.

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