Desvendando a natureza: do pequeno átomo ao grandioso universo

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Qui, 15/12/2011 - 17:07
Galaxia em espiral

O céu de Ícaro tem mais poesia que o de Galileu? Muitos mistérios vindos das estrelas permanecem sem solução, mas os cientistas continuam estudando para conhecer não só a nossa galáxia, a Via Láctea, como todo o universo. Mas, para ficar claro, enquanto a física fundamental investiga os elementos básicos do universo: o espaço, tempo, matéria e energia, a cosmologia é a ciência que estuda a estrutura e a evolução do universo em grandes escalas, que incluem as estrelas, galáxias e os aglomerados de galáxias. Um aglomerado de galáxias é um conjunto das mesmas, que abrigam uma infinidade de estrelas.

Aglomerado de galaxias

A cosmologia se baseia em três grandes ideias. A primeira delas é a de que a distância entre os aglomerados de galáxias tende a aumentar devido à expansão do universo. Além desta expansão, as galáxias têm suas próprias trajetórias e velocidades, ou seja, a colisão entre as galáxias se deve à própria dinâmica de cada uma, como é o caso da galáxia de Andrômeda que se aproxima da Via Láctea e os cientistas preveem que ela se colida com a nossa galáxia daqui a aproximadamente cinco bilhões de anos.

A segunda é de que o universo é homogêneo e que não há regiões muito diferentes das outras, sendo assim, não podemos afirmar que há um centro do universo. A terceira ideia fundamental da cosmologia é saber de onde vem a matéria que nós conhecemos. A teoria do Big Bang explica o nascimento do Universo, e bem como tudo que há dentro dele. A Energia da intensa explosão inicial que gerou o Universo e criou a matéria como a conhecemos hoje. A explicação mais aceita no meio científico é de que houve um momento no qual uma grande quantidade de energia foi liberada e esta energia foi capaz de se transformar em massa. A famosa equação do cientista Albert Einstein, E=mc², descreve a relação entre matéria e energia, e como uma pode se transformar na outra.

A relação entre matéria e energia foi comprovada em experimentos, realizados nos aceleradores de partículas. Logo após a “explosão”, quando a energia do Big Bang foi liberada, iniciou-se a expansão do universo. À medida que o universo se expandia, a energia ficou menos concentrada, a temperatura foi baixando e os quarks e os glúons (um plasma conhecido como ‘sopa primordial’), foram se confinando, dando origem aos prótons e nêutrons que são de grande importância para a formação dos átomos.  Assim, começaram a se formar os primeiros elementos químicos, os mais leves como hidrogênio e hélio, poucos segundos após o início do Big Bang. “E o mais incrível é que todo o hidrogênio que nós temos hoje foi criado nesse momento do Big Bang”, afirma o físico João Torres de Mello Neto.

 

A formação das estrelas Galaxias em fusão

            As estrelas são nuvens de gás que pela ação da gravidade tendem a se comprimir, aproximando suas partículas que, ao se chocarem intensamente, promovem um aumento da temperatura. Ao alcançar altíssimas temperaturas e pressões, inicia-se a reação de fusão nuclear na qual quatro núcleos de hidrogênio se unem formando dois átomos de hélio e liberando muita energia, e essa reação impede que a estrela imploda. Quando o combustível da reação de fusão nuclear acaba, a força gravitacional prevalece e a estrela implode. O Sol também é uma estrela que se mantém por conta do “empate” na luta da gravidade com as reações nucleares. Daqui a aproximadamente cinco bilhões de anos quando o combustível de fusão nuclear acabar, a força gravitacional vencerá, esmagando o sol e fazendo com que ele desabe sobre si mesmo. Será a morte do Sol.

            Você sabe por que as estrelas brilham? Estrelas são astros com luz própria, diferente dos planetas, e seu brilho tem relação direta com a sua temperatura e tamanho. O que quer dizer que, quanto maior for a estrela e mais alta for a sua temperatura, mais brilhante ela será.  Por outro lado, esta alta temperatura e brilho significam que ela está consumindo seu "combustível" rapidamente e terá uma vida curta, de apenas alguns bilhões de anos.  Estrelas frias e pequenas brilham pouco, mas têm existências incrivelmente longas, queimando seu "combustível" lentamente. Uma estrela não brilhará se for muito pequena e pouco massiva, pois não haverá pressão e calor suficientes para dar início à fusão nuclear. Uma estrela assim é denominada na ciência de anã marrom.

 

Raios Cósmicos no planeta Terra

         Nascimento de um estrela   O pesquisador João Torres, do Instituto de Física da UFRJ, esteve no Sábado da Ciência (26/11) no ECV falou um pouco sobre a formação do universo e raios cósmicos, seu objeto de pesquisa. Segundo o professor João Torres os raios cósmicos são partículas que vêm do espaço e carregam muita energia. Essas partículas chegam a Terra e ao interagirem com a atmosfera geram milhões de outras partículas. “Isso acontece na Terra o tempo todo, mas nós somos blindados pela atmosfera”, afirmou Torres.

O pesquisador faz parte do projeto do Observatório Auger, localizado na Argentina, do qual participam 17 países com 50 universidades que envolvem 400 pessoas. No Brasil, o grupo que trabalha nesse projeto é de aproximadamente 15 pesquisadores. O objetivo da pesquisa, realizada nas Cordilheiras dos Andes, região que foi mapeada como de grande incidência de raios cósmicos na Terra, é observar essas partículas de raios cósmicos, detectar de onde elas vêm, se são compostas de próton ou um núcleo de ferro (Fe) e quais objetos aceleram essas partículas. Uma das técnicas usadas para estudar os raios cósmicos são os detectores de partículas que fotografam esse fenômeno que deixa um rastro como uma estrela cadente, só que muito mais rápido. Esses detectores têm a capacidade de tirar milhões de fotos por segundo e fazem uma espécie de filme que permite ao pesquisador identificar de onde eles vieram, mas não sabem ainda o que os empurra para o nosso planeta.Super Nova

            “O que nós já sabemos é que eles não são produzidos na galáxia, não vêm de nossa vizinhança. É mais provável que esses raios venham dos chamados núcleos de galáxias ativas ou de explosões de raios gama; não é tão óbvio dizer de onde eles vêm porque a trajetória deles é sinuosa e não reta como a da luz”, esclareceu Torres.

            Os raios cósmicos atingem velocidades próximas à velocidade da luz (300 mil km/s), e por isso poderiam dar oito voltas em torno do nosso planeta em apenas um segundo. E se a energia de um raio cósmico que atinge a superfície terrestre parece desprezível – da ordem de 1019Ev (elétron-volt), escala em que um fenômeno pode ser observado macroscopicamente, é preciso lembrar que um núcleo atômico dessa matéria é trilhões de vezes menor que um grão de areia. “Se sua massa fosse de apenas um grama o impacto na superfície da Terra seria devastador para a humanidade”, afirmou João Torres.

São os sonhos que alimentam o desejo da humanidade de ir mais além e saber mais sobre a vida e a natureza, talvez por isso nos identificamos tanto com o sonho de Ícaro de alcançar o Sol. Podemos concluir que o céu de Ícaro tem tanta poesia quanto o de Galileu porque partilhamos o mesmo céu. Um céu cravejado de estrelas que guardam o entusiasmo de Ícaro, de Galileu e das futuras gerações de cientistas. 

 

Matéria de Bartira Cezar

 

Para Saber mais:

http://omnis.if.ufrj.br/~jtmn/extensao/ArtigoRaiosCosmicos.pdf

http://www.auger.org/observatory/animation.html

 

Site que fala da colisão entre Andrômedra e a Via Láctea: http://www.zenite.nu/10/0210.php

http://www.unicamp.br/unicamp/unicamp_hoje/jornalPDF/ju358pag03.pdf