Eureka #9 - A Morte das Estrelas: Estrelas de Nêutrons e Buracos Negros

Eureka! - A Morte das Estrelas

"Nós somos feitos de poeira estrelar"

                                             - Carl Sagan

Bem-vindos- a mais um EUREKA!

No ar novamente, perdoem a falta de conteúdo, infelizmente algo chamado "Vida" tem me dado muito mais compromissos que o normal... Mas não importa, voltamos, e se tudo der certo todo mês haverá uma matéria nova.

O Sol, ele existe a milhares de anos e ainda está lá, mas é possível que uma estrela morra? A resposta é sim, tudo que nasce acaba tendo um fim. O único problema é que você não estará aqui para ver esse evento, visto que demora muito tempo para tal acontecimento. O que acontece? Como morrem as estrelas? Bom, antes de responder à pergunta vamos saber um pouco mais do que compõe uma estrela.

O que é uma estrela

Não, o Sol não pega fogo - Imagem da NASA

Diferente do que certas pessoas pensam, uma estrela não é uma bola de fogo. Fogo não existe no espaço porque não há oxigênio. Uma estrela é feita de gases (a maioria de hidrogênio), que por causa da imensa gravidade, "caem" em direção ao centro e se juntam no processo conhecido como fusão nuclear.

Nebulosa: Nuvem de gás que dá origem a uma estrela

Sabe a bomba H que recentemente a Coreia do Norte alegou ter, e que seria a bomba atômica mais forte? Essa bomba é real (talvez não na Coreia), e funciona pela fusão nuclear; os núcleos dos átomos se fundem, liberando energia e formando elementos cada vez mais pesados. Essa reação libera muita radiação. O calor do Sol que você sente de dia é essa radiação.

Como as estrelas possuem massas grandes a atração gravitacional acaba sendo mais forte, de acordo com Isaac Newton e a lei de gravitação, a gravidade de um objeto depende de sua massa. Como as estrelas tem gravidade alta e, também, altos níveis de radiação sendo emitidos acabamos tendo um equilíbrio, visto que a atração gravitacional absorve os gases e a pressão provocada pela reação nuclear os expulsa. Este equilíbrio é o que ocorre com o nosso Sol, por enquanto. Com estrelas maiores obtém-se massa maiores, e isto é um problema, porque quando chegar o esgotamento de seu combustível (Hidrogênio e Hélio) haverá maior pressão radioativa no núcleo e com isso elementos mais pesados serão fundidos, como o ferro que não produz energia, logo teremos uma força gravitacional maior e o equilíbrio entre gravidade e pressão se desfaz, a estrela colapsa e implode numa fração de segundos acontecendo uma enorme explosão que chamamos de supernova.

Assim morre uma estrela, porém no lugar dela pode ficar uma nebulosa planetária - poeira estelar -, dependendo do quão massivo é a estrela, fica em seu lugar uma estrela de nêutrons (8 a 20 vezes a massa do nosso sol), ou um buraco negro (20 a 30 vezes a massa do sol). No caso do nosso Sol ela morrerá em forma de uma Anã Branca. Se o combustível que funde vários elementos no seu núcleo cessará e a estrela morrerá, ela continua brilhando, por quê? Isso ocorre por causa da temperatura extremamente alta da nuvem de gases que sobra. 

Vamos falar aqui especificamente dos dois objetos mais intrigantes que vêm das estrelas.

Estrela de nêutrons

Descoberta por James Chadwick, o nêutron, no átomo, tem a função de equilibrar mantendo o núcleo unido. Em geral não possui carga. Os nêutrons também podem ser criados através do campo eletrônico. Como a gravidade da estrela depois da contração e da supernova é muito grande, os átomos não conseguem se manter, e os elétrons "caem" em direção ao núcleo. Neste processo um elétron se combina com um próton, formando um nêutron nuclear e um neutrino/partícula fantasma (partícula subatômica) que sai adentro do universo, que aliás está cheio deles, assim deixa apenas o nêutron formando uma esfera de nêutrons. A gravidade continua pressionando os nêutrons até que eventualmente passam pelo princípio de exclusão de Pauli, que diz, de forma simplificada, que uma partícula não pode ocupar o mesmo espaço ao mesmo tempo do que outra. Deixando apenas o nêutron, obtendo, assim, uma estrela de nêutron.

Esse objeto é do tamanho de uma cidade como Manhattan, porém com uma massa muito maior do que a do Sol. Uma colher de estrela de nêutrons pesaria 1 bilhão de toneladas na Terra! Tem uma crosta muito dura feita de ferro, e seu núcleo é um líquido denso com muitos nêutrons. As estrelas mais compactas giram muito rápido, centenas de rotações em apenas um segundo.

As estrelas de nêutron são os objetos mais densos encontrados, falam "um buraco negro é mais denso que uma estrela de nêutrons", mas isso é relativo, não se consegue medir a densidade de um buraco negro enquanto a estrela de nêutrons sim. Já foram encontrados várias delas, como? A estrela de nêutron tem um campo magnético muito forte, ao girar os feixes de energia se emitem para todo espaço parecendo um farol espacial. 

Pulsar do Caranguejo

Esses feixes, chamados de pulsares, que passam pelo espaço chegam até a Terra e são detectados por radiotelescópios. Algumas estrelas de nêutrons pulsares, assim como um buraco negro, podem sugar a energia de estrelas próximas, e passam a emitir raios-x. Também existem outro tipo de pulsar:

MAGNETARES: são pulsares com campos magnéticos extremamente fortes.Emitem raios-x e raios gama.

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Buraco negro

Esse sim é um corpo celeste intrigante. É o estágio final quando uma estrela é grande o suficiente. Nesse caso, a mesma supernova que origina a estrela de nêutrons é muito mais violenta. Ela contrai a estrela de maneira tão forte que toda a massa do astro se compacta num único ponto (a singularidade).

Explicando o termo "buraco negro". Negro seria pelo fato de não conseguirmos ver um - Só podemos detectar que eles existem pelo seu efeito gravitacional. Então, quando os astrônomos identificam um buraco negro, é observando o movimento de corpos ao redor de um ponto invisível. Mas por que esse objeto é invisível? Porque sua atração gravitacional é tão grande que atrai até mesmo a luz. Quando ela "cai" no buraco negro, nunca mais sai, por isso o buraco negro não emite luz.

Diferente do que muita gente pensa, o buraco negro não é um misterioso aspirador espacial que suga tudo que se aproxima. Ele atrai as coisas como um astro normal, porém com mais força. O problema está no limite que você pode escapar de um, o ponto de não-retorno, que chamamos de HORIZONTE DE EVENTOS, dele você não pode sair a menos que esteja acima da velocidade da luz, em outras palavras, impossível. Agora o "buraco", seria a singularidade - algo que não conseguimos determinar no espaço-tempo - ela está concentrada em um único ponto do universo sem superfície ou volume.

d = m/v

densidade = massa/volume

massa/0 = não existe?

massa/0,00000000000...001 = infinito?

Em outras palavras, não sabemos o que é ao certo. Determinamos que o buraco negro tem densidade infinita e sua massa é muito concentrada.

Apesar do nome, segundo Stephen Hawking, os buracos negros não são tão negros. Na verdade, eles emitiriam radiação (chamada radiação Hawking em sua homenagem) e calor.

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 Os maiores mistérios com os quais a humanidade já se deparou

Questionar é uma das maiores dádivas da humanidade, e que nos diferencia de outros seres vivos. Ainda que às vezes possa nos dar muita dor de cabeça, as questões existenciais são o que impulsionam o ser humano a continuar buscando o conhecimento, e a descobrir suas respostas.

Aqui estão as maiores, mais intrigantes, e fundamentais, perguntas sobre a vida, o universo e tudo mais.

Por que tudo existe? O nada existe?

A realidade é provavelmente o maior mistério com o qual nos deparamos. Por mais que pareça estranho, essa é uma pergunta corriqueira em todas as mentes humanas. Por que as coisas existem? Qual é o objetivo de o universo ter surgido? Essas são questões que provavelmente não vamos achar uma resposta tão brevemente, isso se deve a, entre outros, o fato de que nem ao menos sabemos o que significa existir. Qual é o limite entre a existência e a inexistência de algo? E se algo não existe, não teria porquê chamar de "algo". Confuso? E fica pior quando imaginamos o que existe no vácuo. Alguns cientistas insistem em dizer que existe algo no vazio, que, portanto não é vazio. Seriam as flutuações quânticas, que, por enquanto, é só um nome para algo que não sabemos explicar.

Mas se existe algo no vazio, significa que o universo está inteiramente "cheio", preenchido por coisas? E se o universo tiver um limite, há alguma coisa depois dele?

O que é a vida?

DNA - Ácido desoxirribonucleico, molécula complexa que define os seres vivos

A Biologia tem uma resposta simples para essa pergunta: Um ser vivo é aquele constituído por células (ou uma única célula, no caso das bactérias e protozoários), que se alimenta para sobreviver, reage a estímulos externos e é capaz de se reproduzir. Mas se formos nos aprofundar nesse conceito, encontramos vários problemas. O fato de os seres vivos serem formados por coisas não vivas nos leva a outra questão: O que diferencia um ser vivo de uma coisa inanimada? Um vírus, por exemplo: É um cápsula que contém algumas substâncias e RNA. Ele só se multiplica dentro de uma célula, pois ele não é uma célula. Então ele não é um ser vivo nem um ser inanimado. O que ele é, afinal?

Outra questão intrigante é sobre a existência de vida fora do nosso pequeno planeta azul. Ela seria baseada em carbono, como todos os seres na Terra, ou seria diferente? Será que a definição de vida é absoluta em todo o universo?

A inteligência artificial é uma forma de vida?

Como funciona a Gravidade?

Isaac Newton foi o primeiro a descrever por que as coisas caem de maneira científica. Ele chegou à conclusão de que todo corpo no espaço atrai outros corpos, e ainda desenvolveu uma equação que explica isso. Mas ele não conseguiu descrever o porquê disso. Por que a gravidade existe, e como ela funciona? Anos depois de Newton, Einstein chegou a teorizar que todo corpo curva o tecido do espaço-tempo, criando um "poço gravitacional" que atrai o que passa perto (lembre-se disso como uma bola de bilhar sobre um colchão: se colocarmos uma bolinha de gude ao lado, ela vai rolar até a bola de bilhar). Ainda assim, ninguém explicou por quê as coisas se atraem, ou por quê elas formariam os tais poços. Alguns cientistas alegaram a existência de uma partícula elementar chamada gráviton, mas ela ainda não foi observada. Permanece o mistério.

Todo corpo deforma o espaço-tempo, segundo Einstein. Por esse mesmo motivo, os relógios atômicos marcam o tempo mais rápido quando levados para o espaço: Quanto menor a gravidade, mais rápido o tempo passa

Como definir o infinito?

É mais difícil descrever o infinito na matemática, do que com a nossa limitada lógica cotidiana. Enquanto que falar "os números são infinitos" no dia a dia é fácil, pois só leva a um resultado - de que eles não tem fim, e pronto -, na matemática, é muito mais complicado. Imagine um hotel com infinitos quartos. Pois bem, pense só, esse hotel está lotado. Começa a complicar quando chega um novo cliente requisitando um quarto: À primeira vista, não haveria como esse cliente virar um hóspede, pois todos os quartos estão cheios. Mas é fácil resolver esse problema, pedindo para que cada hóspede se mude para o quarto ao lado. Assim, teríamos no final o primeiro quarto do hotel vago para o novo cliente, já que ∞ + 1 = ∞.

Para complicar mais um pouco, existem vários tipos de infinito. Os números naturais, por exemplo, têm começo, mas não tem fim. E entre o número 7 e o 9, por exemplo, existe apenas um número. Os números inteiros não têm começo e nem fim. E os reais, por exemplo, não têm começo, não têm fim, e entre cada número possível há infinitos números. Ou seja, o conjunto de números reais é maior que o dos inteiros, que é maior que o dos naturais. Mas como isso é possível? Como pode infinito ser maior que infinito? Poderíamos dar uma infinidade de exemplos, com o perdão do trocadilho, mas a mente humana tem limite, e provavelmente nunca vamos entender esse maravilhoso mistério.

Um fractal representa muito bem a ideia de infinito

O Paradoxo de Fermi

Estima-se que haja 1 milhão de planetas habitáveis só na nossa galáxia. Eles estão consideravelmente longe, mas se uma civilização avançada o suficiente para colonizar boa parte da galáxia o tivesse feito provavelmente já teria chegado até nós. E se há tantas possibilidades de haver vida na Via Láctea, sem contar em outras galáxias próximas, ou até vida inteligente perto da Terra, resta uma pergunta: Onde estão os aliens? 

Esfera de Dyson - O conceito de estrutura em volta de uma estrela que uma civilização tipo 2 poderia desenvolver para captar energia.

O paradoxo de Fermi, surgido nos anos 70, reflete sobre a falta de evidências da existência de seres vivos fora do nosso planeta, mesmo com tantas possibilidades. Algumas das possíveis soluções para esse problema são:

• "Eles" não existem. A vida na Terra foi uma casualidade única no universo, portanto, somos especiais e estamos sozinhos, talvez para sempre.
• Outros seres podem existir, mas devido à expansão do universo e a distância, nunca faremos contato.
• Seres extraterrestres existem, mas não desenvolveram, ou não existe, tecnologia suficiente para fazer contato.
• Simplesmente não os vemos. Existe uma civilização super desenvolvida no universo que controla todas as outras. Assim, quando um povo chega a um estágio tecnológico mais elevado, essa civilização o extermina.
• Eles vêm à Terra a todo momento, mas os governos dos países escondem sua existência - por razões que ninguém conhece. 

Os números primos compõem um padrão?

Gráfico quadridimensional da função zeta de Riemann

O matemático alemão Bernard Riemann tentou desenvolver uma fórmula para achar todos os números primos, chamada função zeta. Mas a fórmula não é totalmente precisa, e ninguém sabe até hoje qual é o padrão dessas belezas da matemática - nem ao menos se existe um padrão. Ao que parece, os números que só podem ser divididos por 1 e por eles mesmos (2, 3, 5, 7, 11, 13, 17...) formam um conjunto aleatório. 

Porém, pesquisas recentes provam que não é uma sequência aleatória. Uma dupla de pesquisadores descobriu que existem probabilidades exatas de o último dígito de um primo (que só pode terminar em 1, 3, 7 ou 9) aparecerem de determinada forma. Se eles fossem aleatórios, a probabilidade seria de 25% para cada dígito final, mas eles encontraram números diferentes. 

O fato é que os primos, além de misteriosos, são base para muita coisa existente na natureza. Sabe-se que o comportamento e o ciclo de vida de alguns animais segue padrões primos. Atualmente, existe um prêmio de um milhão de dólares oferecido a qualquer um que consiga provar a teoria da função zeta de Riemann, e fama para quem encontre o padrão em um dos maiores mistérios da matemática.

Como começou o universo? Do que ele é feito? Ele vai acabar?

Atualmente, a teoria mais aceita sobre a origem do universo é a do Big Bang. Ela fala de uma singularidade que teria dado origem a tudo que existe. Singularidade é um ponto com densidade infinita, em que toda a energia do todo estaria concentrada, e em algum momento, não se sabe por quê, ela teria se expandido e tomado conta do espaço. Mas isso é só o que observamos, e teorizamos. O universo pode ter existido desde sempre, e está se expandindo para ele mesmo, ou foi criado por um ser superior, como sugerem várias crenças criacionistas. Se considerarmos a teoria do Big Bang, ninguém sabe o que havia antes dele. Alguns sugerem que o próprio tempo começou com a "explosão", ou que ele é o resultado de um universo anterior que se contraiu até a singularidade.

Quanto à estrutura e composição do universo, ainda é mais misterioso que o próprio início. Temos uma noção de que o universo é composto de vários elementos, e temos uma tabela para eles. Mas ainda há a matéria e energia escura, os quasares, buracos negros e muitos outros problemas a se resolver. O universo é infinito ou tem um limite? Se ele tem um limite, o que há depois disso? Especula-se que ele seja bidimensional, plano, porém curvo. Ou ainda que seja um holograma, uma ilusão de nossas mentes, e por aí vai. Também dizem que existe um multiverso, que seria o conjunto de todos os universos que existem.

A teoria mais aceita para o fim de tudo é a de que o universo continuará se expandindo, até que a gravidade separe todas as coisas. A expansão será maior que a velocidade da luz, e todas as partículas estarão separadas para sempre umas das outras. A teoria do Big Bounce diz que ocorrerá uma contração, e que todos os corpos celestes estarão muito próximos. Os buracos negros irão se juntar, engolindo tudo, e formando o último e derradeiro mega-ultra-massivo buraco negro do juízo final, que irá engolir inclusive ele próprio.

O fim da existência sempre foi alvo de lendas por todo o mundo, e nem ao menos sabemos se haverá um. O mero pensamento de que o que conhecemos está fadado a ter um fim pode parecer solitário, aflitivo. A beleza disso é que nos impulsiona a continuar explorando o mundo, e quem sabe, num futuro próximo, a nossa galáxia. Por mais que entendamos as nossas atuais perguntas, sempre haverá mais dúvidas para continuarmos nos perguntando, e descobrindo, e questionando, até o fim da espécie humana.

Sugestões:

A viagem no tempo é possível?
Gênio que revolucionaram o mundo
A Ciência do Apocalipse Zumbi

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Eureka! #5 - Viagem no tempo: Possível ou impossível?

Viagem no tempo: Possível ou impossível?

 

CURIOSIDADES

 

"As pessoas perdem muito tempo então querem mais. Mais horas em seus dias, mais dias em seus anos mais anos em suas vidas, pois se elas tivessem todo esse tempo extra elas poderiam consertar qualquer erro." – Ekko. 

 

Hoje, no Eureka!, iremos falar sobre um assunto muito envolvente e emocionante: Viagem no tempo!! Nós vemos vários filmes e séries que apresentam esse assunto, como: De volta para o futuro, Doctor Who, Efeito borboleta, Exterminador do Futuro, e Planeta dos Macacos (1968). Isso realmente nos faz pensar não é mesmo? Chega de enrolar, BORA!!

Infelizmente a viagem no tempo não ocorre de forma tão simples como se mostra nos filmes. Primeiro precisamos saber o que é o tempo. Veremos a viagem ao passado e o futuro, além de que se no futuro haverá uma forma de viajar no tempo, e sobre os paradoxos temporais.

Tempo

Pra começar, o tempo é algo que nos dá uma noção de presente, passado e futuro além de estar relacionado com o espaço, espaço-tempo, ou seja, ir e voltar no espaço são a mesma coisa que ir e voltar no tempo. Sabemos que o tempo da terra não é o mesmo que o tempo do universo e que para viajar de uma ponta a outra do sistema solar, seria necessários uma velocidade enorme na qual apenas a luz pode alcançar. Porém, existem diversas outras teorias falando sobre o tempo. Tirando uma conclusão o tempo é relativo, podendo variar de acordo na condição submetida. Ele não é igual para todos, de acordo com Einstein.

Viagem para o futuro

 

De acordo com a teoria da relatividade de Albert Einstein, “Quanto mais rápidos estamos mais devagar o tempo passa”, então para viajar no tempo basta termos muita energia e ir para frente numa velocidade imensa.

Se um astronauta deixasse sua família na terra e viaja-se para o planeta Plutão, que fica a 5 horas luz de distancia (esse é o tempo que a luz leva para chegar em Plutão), só conseguiria chegar perto da velocidade da luz. À velocidade estipulada, para o controle da missão, aqui na Terra, a viagem seria concluída em 6 horas e 15 minutos depois da partida. Entretanto, para o astronauta, a bordo da nave, teriam se passado apenas 3 horas e 45 minutos. O fenômeno se repetiria na volta, e, ao desembarcar, você teria envelhecido apenas 7 horas e 30 minutos, enquanto todo mundo por aqui teria vivido 12 horas e 30 minutos. Na prática, você teria avançado 5 horas em direção ao futuro.

Paradoxo dos gêmeos: viagem astronômicas são o segredo para viajar ao futuro?

                                           

Viagem ao passado

 

Como vimos, viajar para o futuro não parece ser tão complicado, agora vamos ver como é viajar para o passado, que tem obstáculos e ideias muito mais extraordinárias. Se para ir para o futuro basta termos uma velocidade próxima a da luz, então para ir ao passado bastaria ultrapassarmos essa velocidade. Porém, isso é fisicamente impossível, pois não existe nada que tenha passado da velocidade da luz. O porquê dado é que para viajar numa velocidade dessas, é preciso ter muito massa e energia, conforme você se desloca, isso tenderia à massa infinita. Como a luz não tem massa, ela consegue ser tão rápida. Isso terminaria aqui, porém existe outro ponto da Teoria da Relatividade que tende a explicar um pouco sobre o assunto.

De acordo com Einstein o tempo-espaço é curvo, por isso, a órbita do planeta forma uma elipse. Se conseguíssemos dobrar o espaço-tempo criando uma espécie de túnel, que ligam regiões distantes do universo (Lembre-se da Millennum Falcon), seria possível viajar para o passado. O nome desse hipotético "Túnel" é Wormhole (Buraco de minhoca). A partir dessa hipótese o físico americano Kip Thorne, Especialista nos Wormholes, diz que poderia ser possível a viagem ao passado.

O buraco de minhoca como nosso aliado ao voltar ao passado

Agora supondo que um astronauta volte para o passado após entrar no buraco de minhoca, seria dito, por ele, que a nave ainda não partiu. Então como ele voltou ao passado se nem sequer partiu? Isso, meus amigos, se chama paradoxo.

Paradoxos temporais

Tente

 

Alguns cientistas acreditam que algo no universo proíbe a viagem ao passado, por causa dos paradoxos, um “princípio de proteção cronológica”, como diz o físico britânico Stephen Hawking.

Vamos falar sobre alguns paradoxos, como funcionam em tese.

PARADOXO DOS AVÔS

O viajante volta no tempo para matar o próprio avô, impedindo assim que seu pai nascesse, por exemplo, e, consequentemente, que ele próprio nascesse. Mas espere. Se ele matou seu avô, logo seu pai não nasceu e ele também não, então como ele fez isso? Afinal, não poderia ter voltado no tempo para evitar o próprio nascimento.

Outra situação semelhante: Um cientista cria uma máquina do tempo, ele volta para o passado impedindo que ele crie a máquina do tempo. Então como ele voltou ao passado se a máquina não foi inventada?

A solução mais aceita para os paradoxos é a dos universos paralelos. Vamos explicar. O viajante no tempo poderia correr o risco de, ao impedir a própria existência, acabar modificando o mundo todo. É o chamado Efeito Borboleta, em que qualquer interação, por menor que seja, pode causar efeitos imprevisíveis, alterando completamente o curso da história. Por isso, para impedir que o universo entrasse em colapso, seria criado um universo paralelo, onde aquilo não aconteceu.

Outra solução é que existe apenas uma linha no tempo, como vemos no exterminador do futuro (Ficção), onde temos o T-800, que tento diversas vezes que voltar para o passado para impedir que a Skynet entre em ação, porém isso não acontece. De alguma forma, ela entra em ação. No caso, para impedir que o paradoxo acontecesse, a natureza conspiraria de todos as formas contra o viajante.

Concluindo viajar no tempo, tanto para o passado quanto para o futuro, pode ser possível, lembre-se que isso se aplica muito bem em filmes, ela também pode ser experimentada na realidade, por mais improvável que seja, ainda nos falta a tecnologia e o conhecimento necessários. 

Bom e você, o que acha de tudo isso? É impossível, ou completamente possível? Inalcançável? Talvez alcançável num futuro distante? Comente.

ATÉ A PRÓXIMA!!

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