5 problemas da astrofísica que ainda estão sem solução

Rishabh Nakra, mestrando em astrofísica no Indian Institute of Astrophysics na Índia, nos mostra alguns dos mais importantes problemas da astrofísica.

0
851
Hubble Deep Field. Fonte: NASA.

Por Rishabh Nakra
Publicado no The Secrets of Universe

1.  A origem do campo magnético de um magnetar

Magnetares são estrelas de nêutrons com enormes campos magnéticos. O campo magnético de um magnetar típico corresponde a algo entre 1 e 100 bilhões de Tesla. Para colocar isso em perspectiva, o máximo de campo magnético que podemos criar dentro de condições especiais de laboratório são algumas poucas centenas Tesla. Assim como as estrelas de nêutrons, eles têm cerca de 20 Km de largura e 2 a 3 massas solares. Isso implica que são extremamente densos. Uma colher de sopa desse material tem uma massa de cerca de  100 milhões de toneladas.

Unsolved problems in Astrophysics-Magnetars
Ilustração de um magnetar. Fonte: The Secrets of Universe.

A origem certa do forte campo magnético é hipotetizada como sendo um processo magneto-hidrodinâmico no turbulento fluido condutor extremamente denso, conduzindo fluidos que existem desde antes da estrela de nêutrons estabelecer sua posição de equilíbrio.

O campo magnético de um magnetar pode ser letal a uma distância de até 1000 km, devido ao forte campo magnético distorcendo as nuvens de elétrons dos seus átomos constituintes, fazendo com que a química da vida seja impossível. A uma distância da metade da Terra até a Lua, um magnetar poderia retirar informações das faixas magnéticas de todos os cartões de crédito da Terra. Desde 2010, eles são considerados os objetos mais poderosos detectados em todo o universo.

2.  Curvas de rotação de galáxias e matéria escura

Uma curva de rotação de uma galáxia é um gráfico da velocidade rotacional das órbitas das estrelas vs sua distância até o centro. Consideremos o sistema solar. Mercúrio orbita o Sol em um período de 88 dias; já Netuno faz isso em aproximadamente 165 anos. Além disso, a velocidade orbital dos planetas decresce conforme vamos de Mercúrio a Netuno. Todavia, isso não vale para os discos galácticos. Estrelas giram ao redor dos seus centros galácticos em velocidade igual ou crescente em uma ampla faixa de distâncias.

Problemas não resolvidos em astrofísica
Curva de rotação da galáxia espiral Messier 33 (pontos amarelo e azul com barras de erro), e uma previsão da distribuição da matéria visível (linha cinza). A discrepância entre as duas curvas pode ser explicada pela adição de um halo de matéria escura ao redor da galáxia. Fonte: Wikipedia.

Essa discrepância tem duas implicações. Primeiro, ou as Leis clássicas da Mecânica Newtoniana não são universais ou nas galáxias existem uma matéria adicional que não é visível para nós. Essa matéria invisível é conhecida como Dark Matter (Matéria Escura). A diferença das curvas de rotação das galáxias é uma primeira evidência da existência dessa matéria escura.

3.  Raios cósmicos de ultra-alta energia

Os raios cósmicos de ultra-alta energia (UHECR, em inglês) são raios cósmicos com muita energia: maior do que o exa electron volt (10^18 eV). A partícula Ai-Meu-Deus, do experimento Fly’s Eye, da Universidade de Utah, na noite de 15 de outubro de 1991, sobre Dugway Proving Ground, causou espanto entre os astrofísicos. Eles estimariam que a energia deveria ser aproximadamente 3.2×1020 eV (50 J) — em outras palavras, um núcleo atômico com energia cinética igual a uma bola de basebol (com 142 gramas), viajando a 100 km/h (60 mph). A origem de tais partículas ainda é uma hipótese. E esse é um dos maiores problemas sem solução da astrofísica.

 4.  O problema de aquecimento da Corona Solar

A Coroa Solar durante um eclipse solar total. Fonte: The Secrets of Universe.

A corona é uma parte muito importante da atmosfera solar. Ela pode ser vista durante um eclipse solar total. O problema é que a corona tem uma temperatura de cerca de 1 milhão K,  bem maior que a da superfície Solar, por volta de 5,900 K. Como o calor pode fluir do frio para o corpo quente? Como a lei mais básica da termodinâmica pode falhar? Existe algum outro mecanismo que está ocorrendo na coroa? Se sim, então o que é isso? São as Ondas de Álfven?

5.  Buracos Negros

Image result for black hole
Imagem computadorizada do disco de acresção de um buraco negro. Fonte: Colaboração ETH.

Um dos mais importantes e sem solução problemas na Astrofísica está relacionado aos buracos negros. Buracos negros apareceram como primeiras soluções para as equações da relatividade geral. Apesar de várias pesquisas ocorrendo neste campo, a questão é: os buracos negros matemáticos previstos pela Relatividade Geral realmente existem ou são os objetos eternamente colapsados?

A comunidade científica é dividida em dois grupos: um lado diz que os buracos negros observados são os que são preditos pela TGR, tendo uma singularidade, enquanto outros dizem que não são os buracos negros matemáticos, mas são objetos eternamente colapsados. Há muitos fatos observados que os primeiros não podem explicar. Um deles é a força do campo magnético. Como os buracos negros podem produzir um campo magnético tão forte quando a única fonte são as partículas do disco de acreção?

CONTINUAR LENDO