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quinta-feira, 1 de julho de 2021
Os Anjos da Guarda
Jogar 'bomba áxion' em buraco negro pode quebrar lei fundamental da física, diz estudo
Uma nova pesquisa mostra como a lei fundamental de conservação de carga pode quebrar perto de um buraco negro. Ao modificar as equações da física clássica para incluir áxions, cientistas conseguiram destruir a carga.
Singularidades, como aquelas no centro dos buracos negros, onde a densidade se torna infinita, costumam ser considerados lugares onde a física "quebra". No entanto, isso não significa que "qualquer coisa" possa acontecer, e os físicos estão interessados em quais leis podem quebrar e como.
Agora, uma equipe de pesquisa do Imperial College London, do Instituto Cockcroft e da Universidade de Lancaster propôs uma maneira pela qual as singularidades poderiam violar a lei de conservação de carga. Sua teoria foi publicada em Annalen der Physik.
O coautor, professor Martin McCall, do Departamento de Física do Imperial College London, disse: "'A física se decompõe em uma singularidade' é uma das declarações mais famosas da física pop. Mas, ao mostrar como isso pode realmente acontecer, visamos uma das leis mais preciosas da física: a conservação da carga".
Carga destruidora
A conservação de carga diz que a carga elétrica total de qualquer sistema isolado - incluindo o Universo como um todo - nunca muda. Isso significa que, se partículas carregadas negativamente ou positivamente se moverem para uma área, a mesma quantidade de partículas com carga respectivamente deverá se mover.
Isso foi demonstrado em escalas muito pequenas: quando diferentes partículas são criadas ou eliminadas em experimentos como o Grande Colisor de Hádrons, a mesma quantidade de partículas carregadas negativamente e positivamente são sempre produzidas ou destruídas, respectivamente.
Agora, ao modificar as equações da física clássica para incluir áxions, um candidato à matéria escura, a equipe foi capaz de mostrar que singularidades temporárias - como buracos negros que aparecem e depois evaporam - podem destruir a carga quando chegam ao fim de sua vida.
Áxions são partículas hipotéticas que podem explicar a matéria escura - os 85% "ausentes" da matéria do Universo. Usando um ramo da matemática chamado geometria diferencial, a equipe descobriu como criar ou destruir carga, violando a conservação de carga do Universo.
A equipe afirma que o fenômeno áxion ocorreria apenas em condições extremas que atualmente não podem ser criadas em um laboratório, mas que avanços futuros em campos intensos de laser podem permitir que a teoria seja testada em um ambiente terrestre.
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Missão Hera vai filtrar segredos de asteroides com equipamentos do tamanho de pacotes de pão (VÍDEO)
ESA vai investigar o sistema de asteróides gêmeos Didymos com uso de tecnologia de sondagens de radar e capturas de imagens por CubeSats exclusivos para a missão Hera.
A missão Hera da Agência Espacial Europeia (ESA, na sigla em inglês) para a defesa planetária que vai investigar o sistema de asteroides gêmeos Didymos, será acompanhada por um par pioneiro de CubeSats do tamanho de um pacote de pão. Juventas, que vai fazer as sondagens de radar, e Milani responsável pelas imagens dos corpos em uma gama de cores mais ampla do que o olho humano pode ver, prospectando a composição mineral de blocos de asteoides individuais.
Hera chegará ao sistema Didymos em 2027, para pesquisar as consequências de uma colisão da espaçonave DART da NASA com o menor dos dois asteroides, Dimorphos. A Hera vai levar os dois CubeSats, considerados da classe dos nanosatélite com base em caixas padronizadas de 10 centímetros cada, fazendo uso máximo dos sistemas comerciais prontos para uso.
A missão Hera da ESA realizará uma pesquisa de perto do asteroide pós-impacto, adquirindo medições de sua massa e forma detalhada da cratera. Hera também implantará um par de CubeSats para levantamentos de perto e a primeira sonda de radar de um asteroide.
Um dos CubeSats leva um gerador de imagens hiperespectral chamado ASPECT, combinando comprimentos de onda visível e infravermelho próximo para pesquisar a superfície até uma resolução espacial máxima de um metro. O equipamento vai filtrar a luz do sol refletida de Dimorphos, bem como de seu companheiro maior, Didymos, procurando por "absorções de impressões digitais" minerais distintas, explica Tomas Kohout, da Universidade de Helsinque na Finlândia e da Academia de Ciências Tcheca.
"Ao obter um espectro completo para cada pixel, podemos identificar variações na composição da superfície, incluindo a cratera do DART e seu material ejetado, e vinculá-los a amostras de meteoritos e minerais conhecidos", detalha.
Margherita Cardi da Agência Internacional Tyvak, na Itália, está gerenciando o desenvolvimento da Milani no lado industrial, que pretende melhorar o retorno científico geral da Hera e demonstrar o uso da tecnologia CubeSats no ambiente do espaço profundo.
Simplesmente encaixar todos os subsistemas necessários dentro do CubeSat significa trocar as peças tradicionais qualificadas para uso espacial pelos mais recentes itens miniaturizados disponíveis no mercado. Eles oferecem desempenho aprimorado, ao custo de uma vulnerabilidade potencialmente maior à radiação espacial.
Após verificação, a liberação de Milani será feita a uma velocidade máxima de 5 centímetros por segundo para evitar riscos de deixar o sistema Didymos antes da hora.
Milani voará em uma órbita inclinada, a 20 graus dos pólos, a aproximadamente uma altitude de avião comercial, permitindo que a ASPECT mantenha todo o asteroide dentro de seu campo de visão. Sua órbita de trabalho é planejada para manter a face iluminada pelo Sol do asteroide à vista, mantida com manobras orbitais regulares usando propulsores de gás frio.
O CubeSat também foi projetado para detectar voláteis como água, caracterizar orgânicos leves e monitorar a contaminação molecular ao redor. O equipamento completo será enviado a bordo do Hera em 2024 e a duração da missão inicial é de 12 semanas, após o que vem a questão de seu destino final.
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Físicos confirmam teorema de Hawking pela 1ª vez através de observações
Teorema da área, descoberto por Stephen Hawking em 1971, já comprovado matematicamente, é observado pela primeira vez e abre horizonte de possibilidades para cientistas.
Existe uma lei central para buracos negros que prevê que a área de seus horizontes de eventos, que é a fronteira além da qual nada pode escapar, nunca deve encolher. Esta lei é o teorema da área descoberto por Stephen Hawking em 1971. 50 anos depois, físicos do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT, na sigla em inglês) e de outros lugares agora confirmaram o teorema pela primeira vez, usando observações de ondas gravitacionais.
No estudo, os pesquisadores examinam mais de perto a primeira onda gravitacional conhecido por GW150914 detectada em 2015. O sinal era produto de dois buracos negros inspiradores que geraram um novo buraco negro, junto com uma enorme quantidade de energia que oscilou através do espaço-tempo como ondas gravitacionais.
De acordo com o teorema da área de Hawking, a área do horizonte do novo buraco negro não deve ser menor do que a área total do horizonte de seus buracos negros de origem. Os físicos então reanalisaram o sinal de GW150914 antes e depois da colisão cósmica e descobriram que, de fato, a área total do horizonte de eventos não diminuiu após a fusão - um resultado que eles relataram com 95% de confiança.
Suas descobertas marcam a primeira confirmação de observação direta do teorema da área de Hawking, que foi provado matematicamente, mas nunca observado na natureza até agora. A equipe planeja testar futuros sinais de ondas gravitacionais para ver se eles podem confirmar o teorema de Hawking ou ser um sinal de uma nova física que quebra as leis atuais.
"É possível que haja um zoológico de diferentes objetos compactos e, embora alguns deles sejam os buracos negros que seguem as leis de Einstein e Hawking, outros podem ser feras ligeiramente diferentes", diz o autor principal Maximiliano Isi, um pós-doutorando Einstein da NASA no Instituto Kavli de Astrofísica e Pesquisa Espacial do MIT.
Os coautores de Isi no artigo são Will Farr da Universidade Stony Brook e do Instituto de Astrofísica Computacional Flatiron, Matthew Giesler da Universidade Cornell, Mark Scheel do Instituto de Tecnologia da Califórnia (Caltech) e Saul Teukolsky da Universidade Cornell e da Caltech, publicaram os resultados da pesquisa na Physical Review Letters.
Uma era de percepções
Em 1971, quando Stephen Hawking propôs o teorema da área, uma série de descobertas fundamentais sobre a mecânica dos buracos negros se desencadearam. A afirmação do físico britânico é paralela à segunda lei da termodinâmica de Einstein, ambas afirmam que a entropia, ou grau de desordem dentro de um objeto, nunca devem diminuir.
A semelhança entre as duas teorias sugeria que os buracos negros poderiam se comportar como objetos térmicos, emissores de calor - uma proposição confusa, já que se pensava que eles, por natureza, nunca deixavam escapar ou irradiar energia. Hawking mostrou anos depois que os buracos negros poderiam ter entropia e emitir radiação em escalas de tempo muito longas se seus efeitos quânticos fossem levados em consideração. Este fenômeno foi apelidado de "radiação Hawking" e continua sendo uma das revelações mais fundamentais sobre os buracos negros.
"A lei da área encapsula uma época de ouro nos anos 70, quando todos esses insights estavam sendo produzidos", diz Isi.
Hawking e outros desde então mostraram que o teorema da área funciona matematicamente, mas não havia nenhuma maneira de compará-lo com a natureza até a primeira detecção de ondas gravitacionais em 2015. Na época, os pesquisadores não tinham a capacidade de pegar as informações necessárias dentro do sinal, antes e depois da fusão, para determinar se a área final do horizonte não diminuía, como o teorema de Hawking assumiria. Só vários anos depois, com o desenvolvimento de uma técnica por Isi e seus colegas, o teste da lei da área se tornou viável.
Eles desenvolveram um modelo para analisar o sinal antes do pico, correspondendo aos dois buracos negros inspiradores. A partir dessas estimativas, eles calcularam suas áreas totais do horizonte.
"Os dados mostram com absoluta confiança que a área do horizonte aumentou após a fusão e que a lei da área é cumprida com uma probabilidade muito alta”, diz Isi. "Foi um alívio que nosso resultado concordasse com o paradigma que esperávamos e confirmasse nosso entendimento dessas complicadas fusões de buracos negros", explicam.
A equipe planeja testar ainda mais o teorema da área de Hawking e outras teorias de longa data da mecânica dos buracos negros. "Um dia, esses dados podem revelar algo que não esperávamos", estimam.
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Astrônomos estudam galáxias distantes usando lente gravitacional a 3,3 bilhões de anos-luz
Astrônomos descobriram que o campo gravitacional de um aglomerado de galáxias, localizado à distância de 3,3 bilhões de anos-luz, pode servir como lente de aumento para observar áreas ainda mais distantes.
Usando o aglomerado de galáxias como uma lente gigante de aumento, os cientistas conseguiram estudar a galáxia CSWA128, que está localizada ainda mais distante, a 10,7 bilhões de anos-luz da Terra, segundo o estudo publicado na revista científica Monthly Notices of the Royal Astronomical Society: Letters.
O aglomerado de galáxias é tão grande que sua gravidade distorce a luz como se fosse uma lupa. O chamado efeito de lente gravitacional faz a galáxia CSWA128 que está por trás dela parecer dez vezes maior do que pareceria se fosse observada de outra forma.
O novo método de observação permitiu obter um nível de detalhe muito maior do que era possível antes.
"Também descobrimos que a CSWA128 contém o dobro de áreas de formação de estrelas em relação ao que era anteriormente relatado", acrescentou a a coautora Tiantian Yuan.
No entanto, "este fenômeno de ampliação da natureza tem um custo. As imagens ampliadas são esticadas e distorcidas", disse a cientista.
Para evitar isso, os cientistas desenvolveram um método de reconstrução de imagem baseado em pixels que pode determinar a verdadeira forma de uma galáxia a partir da imagem esticada e distorcida produzida pelas lentes gravitacionais.
Um algoritmo reconstrói a distribuição de brilho da superfície da galáxia original em uma grade de pixels, com resolução sensível o suficiente para regiões tão pequenas quanto 100 parsecs ou menores.
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