26.04.14 - DESCOBRINDO O SOL
14:00 (actividade incluída na visita ao centro; 1€ para participantes que não visitem o Centro – crianças até 12 anos grátis)
Observação do Sol em segurança para conhecer um pouco melhor alguns aspectos da nossa estrela, podendo incluir outras atividades relacionadas com o Sol e o aproveitamento da energia solar. Público: Público em geral, local: CCVAlg

Dia 08/04: 98.º dia do calendário gregoriano.
História: Em 1964, lançamento da nave não-tripulada Gemini 1.

A missão terminou depois de 3 órbitas. A nave desintegra-se 3,5 dias a seguir ao lançamento. Todos os objectivos primários e secundários foram atingidos.
Em 2008, Yi So-Yeon torna-se a primeira coreana e a segunda mulher asiática a ir ao espaço.
Observações: Marte em oposição, pelas 22:00. É a sua maior aproximação à Terra desde Dezembro de 2007. Na realidade, é no dia 14 que a sua distância será mínima, mas a diferença é negligenciável. Este é o mês para observar Marte com o seu telescópio, tem magnitude -1,5 e mede 15".
Trânsito de Io, entre as 22:17 e as 00:36 (já de dia 09).
Trânsito da sombra de Io, entre as 23:34 e as 01:53 (já de dia 09).

Dia 09/04: 99.º dia do calendário gregoriano.
História: Em 1959, a NASA anuncia a selecção dos primeiros sete astronautas dos Estados Unidos, a quem a comunicação social rapidamente apelida de "Mercury Seven".

Em 1994, lançamento da missão STS-59 do vaivém Endeavour.
Observações: Esta noite, olhe para a esquerda da Lua, e a cerca de 13º encontra-se Régulo.

Dia 10/04: 100.º dia do calendário gregoriano.
História: Em 837, maior aproximação do Cometa Halley pela Terra, a cerca de 0,0342 UA.
Em 1981, primeira tentativa de lançamento da missão STS-1 (a primeira missão de um vaivém espacial).

Este falhou no último momento quando os computadores «crasharam». Os astronautas Crippen e Young finalmente levantaram voo a 12 de Abril. À volta de 100 milhões de pessoas viram este evento.
Observações: Esta noite, por cima da Lua, encontra-se Régulo. A "foice" de Leão estende-se para cima de Régulo.

Parece quase inacreditável: Anders Helstrup fazia pára-quedismo há quase dois anos atrás perto de Hedmark, Noruega, e embora não se tenha apercebido na altura, quando viu as filmagens de duas câmaras acopladas ao seu capacete, apercebeu-se de uma rocha passando por ele. Levou as filmagens a especialistas e determinaram que tinha capturado um meteoro que caía durante o seu "voo escuro" - quando já havia diminuído de velocidade graças à atmosfera, arrefecido e já não era luminoso. Clique aqui ou na imagem para ver o vídeo, e tente avistar a rocha em queda.

O Estudo Espectroscópico Oscilatório Bariónico (BOSS - Baryon Oscillation Spectroscopic Survey), o maior componente do SDSS-III (Sloan Digital Sky Survey), foi pioneiro no uso de quasares para mapear a densidade de variações de densidade no gás intergaláctico em altos desvios para o vermelho, traçando a estrutura do Universo jovem. O BOSS conta a história da expansão do Universo a fim de iluminar a natureza da energia escura, e novas medidas da estrutura a larga escala renderam a medição mais precisa da expansão desde a formação das primeiras galáxias.

Os resultados mais recentes combinam duas técnicas analíticas separadas. Um novo tipo de análise, liderada pelo físico Andreu Font-Ribera do Laboratório Nacional Lawrence Berkeley do Departamento de Energia dos EUA (Berkeley Lab) e pela sua equipa, foram publicados no final do ano passado. Novas análises utilizaram uma abordagem já testada, mas com muito mais dados do que antes, e foram publicadas por Timothée Delubac, do Centre de Saclay do EPFL da Suíça e da França, e pela sua equipa. Em conjunto, as duas análises estabelecem a taxa de expansão em 68 km/s por milhão de anos-luz a um desvio para o vermelho de 2,34, com uma precisão sem precedentes de 2,2%.

"Isto significa que, se olharmos para trás no Universo, para quando tinha menos de um-quarto da sua idade actual, veríamos que um par de galáxias separadas por um milhão de anos-luz estaria afastando-se a uma velocidade de 68 km/s à medida que o Universo se expandia," realça Font-Ribera, pós-doutorado da Divisão de Física do Laboratório Berkeley. "A incerteza é apenas mais ou menos um quilómetro e meio por segundo". Font-Ribera apresentou estes resultados na reunião de Abril de 2014 da Sociedade Americana de Física em Savannah, Georgia, EUA.

Impressão de artista de como o BOSS usa quasares para medir o Universo distante. A luz dos quasares é parcialmente absorvida por gás interveniente, que é imprimida com um subtil padrão anular. Os astrónomos mediram esta escala com uma precisão de 2%, discernindo a velocidade de expansão do Universo quando tinha apenas 3 mil milhões de anos. Crédito: Zosia Rostomian, Laboratório Nacional de Berkeley, Andreu Font-Ribera, equipa Lyman-alpha do BOSS (clique na imagem para ver versão maior)

O BOSS utiliza tanto galáxias como quasares distantes para medir oscilações acústicas bariónicas (OABs), uma marca ou impressão na forma como a matéria é distribuída, resultante de condições do Universo primitivo. Embora também presente na distribuição da matéria escura invisível, esta assinatura é evidente na distribuição da matéria comum, incluindo galáxias, quasares e hidrogénio intergaláctico.

"Há três anos atrás o BOSS usou 14.000 quasares para demonstrar que conseguíamos fazer os maiores mapas tridimensionais do Universo," afirma David Schlegel do Laboratório Berkeley, investigador principal do BOSS. "Há dois anos atrás, com 48.000 quasares, detectámos pela primeira vez oscilações acústicas bariónicas nestes mapas. Agora, com mais de 150.000 quasares, fizemos medições extremamente precisas das OABs."

A assinatura das OABs corresponde a um excesso de cerca de 5% no agrupamento de matéria numa separação conhecida como escala OAB. Experiências recentes, incluindo o BOSS e o estudo pelo satélite Planck da radiação cósmica de fundo em microondas, colocou a escala OAB, medida no Universo actual, muito próximo dos 450 milhões de anos-luz - uma "régua padrão" para medir a expansão.

As OABs são descendentes directas de ondas de pressão (ondas sonoras) que se deslocam pelo Universo primitivo, quando as partículas de luz e matéria estavam inextricavelmente emaranhadas; 380.000 anos após o Big Bang, o Universo tinha arrefecido o suficiente para a luz ficar livre. A radiação cósmica de fundo de microondas preserva um registo precoce dos picos de densidade acústica; estas foram as sementes da subsequente impressão de OABs na distribuição de matéria.

Quasares prolongam a "régua padrão"

Trabalhos anteriores do BOSS usaram o espectro de mais de um milhão de galáxias para medir a escala OAB com uma precisão notável de um por cento. Mas para lá do desvio para o vermelho de 0,7 (a uma distância de cerca de seis mil milhões de anos-luz), as galáxias tornam-se mais ténues e mais difíceis de observar. Para desvios para o vermelho muito superiores, como aqueles no presente estudo, com média de 2,34, o BOSS foi pioneiro no método "floresta Lyman-alpha", usando espectros de quasares distantes para calcular a densidade de hidrogénio intergaláctico.

Ilustração de como os astrónomos usam a luz dos quasares para traçar a expansão do Universo. A expansão é vista nos círculos cada vez maiores, da direita para a esquerda. Após o Big Bang, a expansão ocorre rapidamente, depois diminui de velocidade, e seguidamente acelera novamente à medida que a energia escura empurra e quebra paredes e filamentos de galáxias a diferentes distâncias (púrpura). À medida que a luz viaja até nós desde estes quasares distantes (pontos brancos à direita), passa pelo Universo em expansão, transportando com ela a história da sua viagem através desta rede cósmica. Os astrónomos mediram a expansão do Universo ao traçar como a luz dos quasares passou por estas estruturas. Crédito: Paul Hooper (Spirit Design), Mat Pieri e Gongbo Zhao, ICG (clique na imagem para ver versão maior)

Como a luz de um quasar distante passa por hidrogénio gasoso interveniente, manchas de maior densidade absorvem mais luz. As linhas de absorção do hidrogénio neutro no espectro (linhas Lyman-alpha) identificam cada zona densa através do seu desvio para o vermelho. Existem tantas linhas em tal espectro que, de facto, assemelha-se com uma floresta - a floresta Lyman-alpha.

Com suficientemente bons espectros de quasar, e também perto o suficiente, a posição das nuvens de gás podem ser mapeadas em três dimensões - tanto ao longo da linha de visão para cada quasar e transversalmente entre manchas densas reveladas por espectros de outros quasares. A partir destes mapas consegue-se extrair o sinal das OABs.

Embora introduzido pelo BOSS há apenas alguns anos atrás, este método de usar os dados da floresta Lyman-alpha, chamado de autocorrelação, parece agora quase tradicional. Os resultados de autocorrelação agora publicados por Delubac e colegas utilizam o espectro de quase 140.000 quasares BOSS cuidadosamente seleccionados.

Font-Ribera e colegas determinaram as OABs usando ainda mais quasares do BOSS de modo diferente. Os quasares são galáxias jovens alimentadas por buracos negros massivos, extremamente brilhantes, extremamente distantes e por isso com um alto desvio para o vermelho. Em vez de comparar os espectros com outros espectros, a equipa de Font-Ribera correlacionou os próprios quasares com os espectros de outros quasares, um método chamado correlação cruzada.

"Os quasares são galáxias gigantescas, e nós esperamos que estejam nas partes mais densas do Universo, onde a densidade do gás intergaláctico também deve ser maior," comenta Font-Ribera. "Portanto, esperamos encontrar mais gás absorvente do que a média quando olhamos perto dos quasares." A questão é saber se a correlação seria suficientemente boa para ver a impressão das OABs.

Na verdade, a marca das OABs na correlação cruzada é forte. Delubac e sua equipa combinaram os seus resultados de autocorrelação com os resultados de correlação cruzada de Font-Ribera e sua equipa, e convergiram para limitações da escala OAB. A autocorrelação e a correlação cruzada também convergiram na precisão das suas medições da taxa de expansão do Universo, chamado parâmetro de Hubble. Ao desvio para o vermelho de 2,34, a medição combinada era equivalente a 68±1,5 km/s por milhão de anos-luz.

"É a medida mais precisa do parâmetro de Hubble em qualquer desvio para o vermelho, até melhor que a medição que temos do Universo local a um desvio para o vermelho de zero," realça Font-Ribera. "Estes resultados permitem-nos estudar a geometria do Universo quando tinha apenas um-quarto da sua idade actual. Combinados com outras experiências cosmológicas, podemos aprender mais sobre a energia escura e colocar restrições apertadas sobre a curvatura do Universo - é muito plano!"

David Schlegel observa que quando o BOSS estava apenas começando, a técnica de correlação cruzada tinha já sido sugerida, mas "alguns de nós estavam com medo que não funcionasse. Estávamos errados. As nossas medidas de precisão são ainda melhores do que os nossos cenários optimistas."

Links:

Núcleo de Astronomia do CCVAlg:
14/01/2014 - BOSS mede escala do Universo com uma precisão de 1%
14/01/2011 - Astrónomos anunciam a maior imagem do céu jamais feita

Notícias relacionadas:
Laboratório Nacional de Berkeley (comunicado de imprensa)
Artigo científico - Font-Ribera et al (formato PDF)
Artigo científico - Delubac et al (formato PDF)
SDSS-III
Universe Today
Astronomy
PHYSORG
Space Daily
redOrbit
e! Science News
BBC News

Oscilações Acústicas Bariónicas (OABs):
Wikipedia 
Página de Martin White
Artigo científico (formato PDF)
SDSS

BOSS:
SDSS-III
Wikipedia

SDSS-III:
Página oficial
Arquivo do SDSS (formato imagem)
Wikipedia

Universo:
Universo (Wikipedia)
Idade do Universo (Wikipedia)
Estrutura a grande-escala do Universo (Wikipedia)
Big Bang (Wikipedia)
Cronologia do Big Bang (Wikipedia)

Quasar:
Wikipedia

Um novo estudo de radiação gama a partir do centro da nossa Galáxia constitui o caso mais forte, até à data, de que parte desta emissão pode surgir de matéria escura, uma substância desconhecida que compõe a maior parte do Universo material. Usando dados publicamente disponíveis do Telescópio Espacial Fermi, cientistas do Fermilab (Fermi National Accelerator Laboratory), do Centro Harvard-Smithsonian para Astrofísica (CfA), do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) e da Universidade de Chicago, desenvolveram novos mapas que mostram que o Centro Galáctico produz mais raios-gama de alta energia do que podem ser explicados por fontes conhecidas e que este excesso de emissões é consistente com certas formas de matéria escura.

"Os novos mapas permitem-nos analisar o excesso e testar se explicações mais convencionais, tais como a presença de pulsares não descobertos ou colisões de raios cósmicos em nuvens de gás, poderão ser responsáveis," realça Dan Hooper, astrofísico do Fermilab em Batavia, no estado americano do Illinois, autor principal do estudo. "O sinal que encontrámos não pode ser explicado pelas alternativas actualmente propostas e está em forte concordância com as previsões de modelos muito simples da matéria escura."

O Centro Galáctico está repleto de fontes raios-gama, desde sistemas binários em interacção e pulsares isolados até remanescentes de supernovas e partículas que colidem com o gás interestelar. É também onde os astrónomos esperam encontrar a densidade mais alta de matéria escura, que só afecta a matéria normal e a radiação através da sua gravidade. Grandes quantidades de matéria escura atraem matéria normal, formando uma base sobre a qual as estruturas visíveis, como galáxias, são construídas.

À esquerda temos um mapa de raios-gama com energias entre 1 e 3,16 GeV detectados no Centro Galáctico pelo LAT do Fermi; o vermelho indica o número maior. Encontram-se identificados proemientes pulsares Ao remover todas as fontes conhecidas de raios-gama (direita), é revelado o excesso de emissão que pode surgir de aniquilações de matéria escura. Crédito: T. Linden, Universidade de Chicago (clique na imagem para ver versão maior)

Ninguém sabe a verdadeira natureza da matéria escura, mas os WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) representam a classe mais forte de candidatos. Os teóricos têm imaginado uma ampla gama de tipos de WIMPs, alguns dos quais podem ou aniquilar-se mutualmente ou produzir uma partícula intermediária e que se deteriora rapidamente quando colidem. Ambas as ideias terminam na produção de raios-gama - a forma mais energética de luz - em energias dentro da faixa de detecção do instrumento LAT (Large Area Telescope) do Fermi.

Quando os astrónomos subtraem cuidadosamente todas as fontes de raios-gama conhecidas a partir das observações do Centro Galáctico pelo LAT, permanece uma mancha de emissão. Este excesso aparece mais proeminente em energias entre 1 e 3 mil milhões de electrões-volt (GeV) - cerca de mil milhões de vezes maior que a luz visível - e estende-se para fora, pelo menos, 5000 anos-luz a partir do Centro Galáctico.

Hooper e colegas concluem que as aniquilações de partículas de matéria escura com uma massa entre 31 e 40 GeV fornecem um ajuste notável para este excesso com base no seu espectro de raios-gama, na sua simetria em torno do Centro Galáctico e no seu brilho total. Num artigo submetido à revista Physical Review D, os investigadores dizem que estas características são difíceis de conciliar com outras explicações propostas até agora, apesar de realçarem que alternativas plausíveis que não requerem matéria escura podem ainda materializar-se.

"A matéria escura nesta faixa de massa pode ser estudada por detecção directa e pelo LHC (Large Hadron Collider), por isso, se esta é a matéria escura, já estamos aprendendo mais sobre as suas interacções a partir da falta de detecção até agora," afirma a co-autora Tracy Slatyer, física teórica do MIT em Cambridge, Massachusetts. "Este é um sinal muito emocionante, e embora o caso ainda não esteja terminado, no futuro poderemos olhar para trás e dizer que foi aqui que vimos pela primeira vez a aniquilação de matéria escura."

Os cientistas advertem que serão necessárias várias observações - noutros objectos astronómicos, no LHC ou em algumas das experiências de detecção directa sendo realizadas em todo o mundo - para validar a sua interpretação de matéria escura.

"O nosso caso é muito parecido a um argumento de processo por eliminação. Fizemos uma lista, riscámos coisas que não davam certo, e sobra-nos a matéria escura," comenta o co-autor Douglas Finkbeiner, professor de astronomia e física no CfA, também em Cambridge.

"Este estudo é um exemplo de técnicas inovadoras aplicadas aos dados do Fermi pela comunidade científica," realça Peter Michelson, professor de física da Universidade de Stanford na Califórnia e investigador principal do LAT. "A colaboração Fermi LAT continua a examinar a região central e extraordinariamente complexa da Via Láctea, mas até que este estudo fique completo não podemos confirmar nem refutar esta análise interessante."

Apesar de se pensar que a grande quantidade de matéria escura esperada no Centro Galáctico produz um sinal forte, a concorrência de muitas outras fontes de raios-gama complicam qualquer caso para uma detecção. Mas ao virar o problema de cabeça para baixo, proporciona-nos uma outra maneira de o atacar. Em vez de olhar para a maior colecção de matéria escura vizinha, observemos onde o sinal tem menos desafios.

As galáxias anãs em órbita da Via Láctea não têm outros tipos de emissores de raios-gama e contêm grandes quantidades de matéria escura tendo em conta o seu tamanho - de facto, são as fontes conhecidas mais dominadas pela matéria escura. Mas há um senão. Dado que ficam muito mais longe e contêm muito menos matéria escura total do que o centro da Via Láctea, as galáxias anãs produzem um sinal muito mais fraco e requerem anos de observações em ordem a estabelecer uma detecção segura.

Nos últimos quatro anos, a equipa do LAT tem estudado galáxias anãs em busca de pistas de matéria escura. Os resultados publicados destes estudos estabeleceram limites rigorosos sobre os intervalos de massa e sobre as taxas de interacção para muitos WIMPs propostos, até eliminando alguns modelos. Na maioria dos resultados mais recentes do estudo, publicados a 11 de Fevereiro na Physical Review D, a equipa do Fermi tomou conhecimento de um excesso de raios-gama, pequeno mas provocante.

"Existe cerca de uma hipótese em 12 de que o que estamos vendo nas galáxias anãs nem é um sinal, apenas uma flutuação no fundo de raios-gama," explica Elliott Bloom, membro da colaboração LAT no Instituto Kavli para Astrofísica de Partículas e Cosmologia. A ser real, o sinal deverá ficar mais forte à medida que o Fermi recolhe mais observações durante os anos que se seguem e à medida que os estudos astronómicos descobrem novas anãs. "Se nós, em última análise, observarmos um sinal significativo," acrescenta, "poderá ser uma confirmação muito forte do sinal de matéria escura postulado no Centro Galáctico."

Links:

Núcleo de Astronomia do CCVAlg:
10/01/2012 - Anunciado maior mapa da matéria escura no Universo até agora
03/04/2012 - Observações de galáxias anãs pelo Fermi providenciam novas informações sobre matéria escura

Notícias relacionadas:
NASA (comunicado de imprensa)
Artigo científico (formato PDF)
Artigo científico - 2 (formato PDF)
Zoom ao Centro Galáctico do Fermi (via YouTube)
Physical Review D (requer subscrição)
Universe Today
SPACE.com
Sky & Telescope
e! Science News
New Scientist
PHYSORG
redOrbit
ars technica
GIZMODO
AstroPT

Matéria escura:
Wikipedia

WIMPs:
Wikipedia

Via Láctea:
Núcleo de Astronomia do CCVAlg
Wikipedia
SEDS

Telescópio Espacial Fermi:
NASA
Wikipedia