O que torna um planeta habitável?

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Publicado na Phys

Quais das características da Terra foram essenciais para a origem e o sustento da vida? E como os cientistas identificam esses recursos em outros mundos?

Uma equipe de pesquisadores com uma gama de conhecimentos variando de geoquímica a ciência planetária e astronomia publicou nesta semana um ensaio na Science pedindo à comunidade de pesquisadores que reconheça a importância vital da dinâmica interior de um planeta na criação de um ambiente hospitaleiro para a vida.

Com nossas capacidades existentes, observar a composição atmosférica de um exoplaneta será a primeira maneira de procurar assinaturas de vida em outro lugar. No entanto, Anat Shahar de Carnegie, Peter Driscoll, Alycia Weinberger e George Cody argumentam que um quadro verdadeiro da habitabilidade planetária deve considerar como a atmosfera de um planeta está ligada e moldada pelo que está acontecendo em seu interior.

Por exemplo, na Terra, as placas tectônicas são cruciais para manter um clima de superfície onde a vida pode prosperar. Além do mais, sem o ciclo de material entre sua superfície e interior, a convecção que impulsiona o campo magnético da Terra não seria possível, e sem um campo magnético, seríamos bombardeados pela radiação cósmica.

“Precisamos entender melhor como a composição e o interior de um planeta influenciam sua habitabilidade, começando pela Terra”, disse Shahar. “Isso pode ser usado para guiar a busca por exoplanetas e sistemas estelares onde a vida poderia prosperar, assinaturas das quais poderiam ser detectadas por telescópios”.

Impressão artística da superfície da super-Terra Barnard’s Star b. Créditos: ESO / M. Kornmesser.

Tudo começa com o processo de formação. Os planetas nascem do anel rotativo de poeira e gás que envolve uma jovem estrela. Os blocos de construção elementares dos quais os planetas rochosos se formam – silício, magnésio, oxigênio, carbono, ferro e hidrogênio – são universais. Mas suas abundâncias e os aquecimento e resfriamento que experimentam em sua juventude afetarão sua química interior e, por sua vez, coisas como volume do oceano e composição atmosférica .

“Uma das grandes questões que precisamos fazer é se as características geológicas e dinâmicas que tornam nosso planeta habitável podem ser produzidas em planetas com diferentes composições”, explicou Driscoll.

Os colegas de Carnegie afirmam que a busca por vida extraterrestre deve ser guiada por uma abordagem interdisciplinar que combina observações astronômicas, experimentos de laboratório de condições interiores planetárias e modelagem matemática e simulações.

“Os cientistas da Carnegie são líderes mundiais há muito estabelecidos nos campos da geoquímica, geofísica, ciência planetária , astrobiologia e astronomia”, disse Weinberger. “Então, nossa instituição está perfeitamente posicionada para enfrentar esse desafio interdisciplinar.”

Na próxima década, quando uma nova geração de telescópios entrar em operação, os cientistas começarão a procurar seriamente por bio-assinaturas nas atmosferas de exoplanetas rochosos. Mas os colegas dizem que essas observações devem ser colocadas no contexto de uma compreensão mais ampla de como a composição total e a geoquímica interior de um planeta determinam a evolução de uma superfície estável e temperada onde a vida talvez pudesse surgir e prosperar.

“O coração da habitabilidade está nos interiores planetários”, concluiu Cody.

Por que existe algo ao invés de nada?

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Sean Carroll. Créditos: Scott Barry Kaufman.

Por Sean Carroll
Publicado no Preposterous Universe

Essa é uma boa pergunta!

Eu já havia falado sobre por que o universo existe (12), mas agora eu tive a oportunidade de fazer um trabalho relativamente cuidadoso sobre isso, cortesia de Eleanor Knox e Alastair Wilson. Eles estão editando um próximo volume, o “Routledge Companion to the Philosophy of Physics”, e pediram-me para contribuir com um capítulo sobre esse tópico. A edição final ainda não está pronta, mas eu decidi colocar o rascunho no ArXiv:

Por que existe algo ao invés de nada?
Sean M. Carroll

Parece muito natural perguntar por que o universo existe. A física moderna sugere que o universo pode existir por si mesmo, como um sistema autônomo, sem qualquer coisa externa para criá-lo ou sustentá-lo. Mas não deve haver uma resposta de por que ele existe. Digo que qualquer tentativa de explicar a existência de algo ao invés de nada deve, em última análise, acabar em um conjunto de fatos brutos; o universo simplesmente é, sem causa ou explicação final.

Como você pode perceber, minha abordagem básica não mudou: esse tipo de pergunta deveria ser o tipo de coisa que não tem uma resposta sensata. No nosso dia-a-dia, faz sentido pergunta “por que” esse ou aquele evento ocorre, mas essas perguntas têm uma única resposta porque elas se encontram em um contexto explicativo bem maior. Em particular, porque o nosso mundo cotidiano é uma aproximação emergente de uma flecha de tempo extremamente forte, de tal modo que podemos associar seguramente “causas” a efeitos subsequentes. O universo, considerado como toda a realidade (ou seja, vamos incluir o multi-verso, caso exista), não é assim. A pergunta certa a ser feita não é “por que isso aconteceu?”, mas “isso poderia ter acontecido de acordo com as leis da física?”. Quanto ao universo e ao nosso conhecimento atual das leis da física, a resposta é um ressonante “sim”. A razão pelo qual o universo existe é uma peça relíquia de bagagem metafísica, que seria melhor descartar.

Essa perspectiva é colocada de dois diferentes lados. Por uma via, nós temos os teístas, que acreditam que podem responder porque o universo existe, e a resposta é Deus. Como sabemos, isso levanta o fato do porque Deus existe; mas “aha!”, dizem os teístas, isso é diferente, porque Deus necessariamente existe, ao contrário do universo que poderia plausivelmente não existir. O problema com isso é que nada existe necessariamente, então,  obviamente a jogada é uma fraude. Eu não tinha muito espaço no artigo para discutir isso em detalhes (afinal das contas, era uma contribuição para um volume sobre a filosofia da física, não sobre a filosofia da religião), mas a ideia básica está lá. Quer você queira ou não invocar Deus, você ficará com certas características da realidade que precisam ser explicadas por “e é assim que é”. (O teísmo poderia oferecer um relato melhor da natureza da realidade do que o naturalismo – essa é uma pergunta diferente – mas não permite que você evite postular alguns fatos brutos sobre o que existe).

No outro lado, estão os cientistas que pensam que a física atual pode explicar por que o universo existe. Isso não procede! Uma suposta resposta – “por que o nada é instável” – nunca deveria explicar por que o universo existe; foi sugerido por Frank Wilczek como uma maneira de explicar por que há mais matéria do que antimatéria. Mas qualquer linha de raciocínio deve começar por pressupor certo conjunto de leis da física, em primeiro lugar. Por que existe mesmo um universo que obedece a essas leis? Isso, eu reafirmo, é uma questão para a qual a ciência jamais fornecerá uma resposta rápida e convincente. A resposta correta é “é assim que as coisas são”. Cabe a nós, como espécie, cultivar a maturidade intelectual e aceitar que algumas perguntas não têm os tipos de respostas concebidas para nos sentirmos satisfeitos.

Ciência e Tecnologia sofre mais um golpe com o bloqueio de bolsas da CAPES

Publicado na Sociedade Brasileira de Física

Depois de anunciados o corte de 42% no orçamento de ciência e tecnologia e o corte de 30% no orçamento das universidades federais, foi realizado nessa terça-feira, 7 de maio, o bloqueio de bolsas de pós-graduação e pós-doutoramento da CAPES.

A Pós-Graduação é o início da carreira de todo cientista. Ela é parte fundamental de um ambiente saudável de pesquisa. Trabalhos científicos essenciais são desenvolvidos por pós-graduandos, alguns resultando até mesmo em prêmio Nobel, como o caso da canadense Donna Strickland, recipiente do Nobel em Física de 2018.

O número per capita de doutores é um indicador relevante do desenvolvimento de uma nação, considerado pela OECD (Organization for Economic Cooperation and Development). Em 2013, o Brasil registrava uma média de 7,6 doutores para cada 100 mil habitantes. Entre os 28 países membros ou parceiros da OCDE avaliados nesse ano, apenas dois possuíam resultado menor.

O número de doutores formados no país em 2018 foi de 21.393, com um crescimento de 3,8% comparado ao ano de 2017. Essa é a terceira menor taxa de crescimento desde 1997.

O bloqueio repentino e sem aviso da implementação de bolsas de pós-graduação e de pós-doutoramento da CAPES tomou de surpresa todas as instituições de pesquisa do país. O número de bolsas recolhidas é desconhecido e ainda não há muitas informações por parte da CAPES.

Vidas foram afetadas. Estudantes selecionados para receber bolsas em programas de pós-graduação, escolhidos por critérios acadêmicos técnicos, rigorosos e bem estabelecidos, ficarão sem financiamento. Podemos perder grande parte dessas pessoas altamente qualificadas, nas quais foram investidos anos de formação e de financiamento. Os Institutos Nacionais de Ciência e Tecnologia, grandes projetos prioritários e de impacto, sofrerão sem os pós-doutores que lhes foram prometidos.

Medidas implementadas de supetão e sem avaliação de impacto instauram uma situação de crise no Sistema Nacional de Pós-Graduação e de Pesquisa.

A economia obtida pelo corte desses recursos é insignificante, se comparada a outros gastos do governo. As medidas apenas demonstram a falta de importância dada pelo governo federal à educação, ciência e tecnologia. Um patrimônio nacional construído ao longo de décadas pelos cientistas brasileiros e que representa uma conquista para toda a sociedade está fortemente ameaçado. É necessário que a sociedade brasileira reaja firmemente a essa política de desmonte.

Por quanto tempo vive um nêutron? Físicos encerram um quebra-cabeça de décadas

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O principal detector de nêutrons ultra-frio do Laboratório Nacional Los Alamos, onde os físicos estão tentando determinar a vida útil da partícula. Créditos: Laboratório Nacional Los Alamos.

Por Alexandra Witze
Publicado na Nature

Os físicos estão perto de responder uma misteriosa pergunta de longa data na ciência: Por quanto tempo dura a vida de um nêutron?

Nêutrons são partículas eletricamente neutras¹ que usualmente se combinam com prótons para formarem núcleos atômicos. Alguns nêutrons não são ligados a átomos; esses nêutrons de flutuação livre decaem radioativamente em outras partículas em questão de minutos.

Mas os físicos não conseguem concordar precisamente em quanto tempo um nêutron leva para “morrer”. Usando uma abordagem laboratorial, eles conseguiram medir o tempo médio de vida de um nêutron em 14 minutos e 39 segundos. Já com outra abordagem, eles obtiveram 8 segundos a mais. A discrepância tem atormentado os pesquisadores por quase 15 anos.

“Nós não sabemos porque essas medições eram diferentes”, diz Shannon Hoogerheude, física do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST) em Gaitherburg, Maryland. “Nós realmente precisamos entender e eliminar essa diferença”. Ela e outros cientistas debateram novas formas de resolver o problema nos dias 13 e 14 de Abril, na Conferência da Sociedade Americana de Física em Denver, Colorado.

A identificação da vida média de um nêutron é importante para entendermos quantos hidrogênios, hélios e outros elementos iluminaram os primeiros minutos após o nascimento do Universo no Big Bang, 13.8 bilhões de anos atrás. Os cientistas também acham que podem achar novos “tipos” de física se puderem determinar melhor a vida do nêutron, porque isso ajudaria a restringir as medições de outras partículas subatômicas.

Relógio subatômico

James Chadwick descobriu o nêutron em 1932, mas foi somente em 1951 que os pesquisadores relataram pela primeira vez a medição do tempo de vida da partícula, usando reatores nucleares que fabricavam nêutrons livres e rastreavam como eles decaíam. Os físicos continuaram trabalhando mais perto da resposta até 2005, quando suas medições se tornaram precisas o suficiente para revelar a enigmática diferença de oito segundos. E isso causou preocupação nos cientistas.

Uma forma de medir a vida útil de um nêutron é colocar algumas partículas em uma “garrafa” e “contar” quantas saem após um determinado período de tempo. Este “método de garrafa” foi experimentado em vários laboratórios, incluindo o Laboratório Nacional de Los Alamos, no Novo México e o Instituto Laue-Langevin (ILL) em Grenoble, França. Em média, eles chegavam a um tempo médio de 14 minutos e 39 segundos.

Uma outra maneira é alimentar os nêutrons em um detector que conta os prótons criados quando os nêutrons decaem. Este método tem sido usado no NIST e no Japan Proton Accelerator Research Complex, em Tóquio. O trabalho japonês acabou de ser iniciado, mas a colaboração do NIST relatou que, em 2013, seus nêutrons viviam oito segundos a mais, em média, do que os vistos no método da garrafa.

Isso é um grande problema, porque as medições do feixe e da garrafa são cada uma tão precisas que elas não se sobrepõem, até mesmo quando a margem de erro delas são levadas em conta. Por isso, os físicos tem procurado maneiras de explicar porque os nêutrons podem estar desaparecendo mais rápido das garrafas do que dos feixes.

Estranheza quântica

Uma possibilidade é de que um dos dois métodos esteja fazendo algo de errado. Neste caso, os pesquisadores podem querer combinar o feixe e a garrafa em um único dispositivo. Até o encontro, o físico Zhaowen Tang, do Los Alamos Lab, descreveu como os pesquisadores colocariam um detector de partículas dentro de uma garrafa de nêutrons e como contar nêutrons usando o método de garrafa. Sua equipe tem adquirido financiamento para iniciar a construção desse dispositivo.

Uma outra possibilidade é de que as aproximações do feixe e da garrafa mensuraram corretamente o tempo de vida do nêutron, mas que algum fator despercebido contou para a discrepância entre os dois. É conduzido a ideia de que nêutrons podem ocasionalmente decair em não só prótons, mas também em matéria escura, o misterioso material invisível que compõe grande parte da matéria do universo.

“Seria fantástico se o bom e velho nêutron fosse a partícula que abriria para nós as portas do setor escuro”, diz Bartosz Fornal, um físico teórico da University of California, San Diego, que ajudou a propor a ideia ano passado. Mas por enquanto, os experimentos não são capazes de confirmar se isso poderia estar acontecendo, várias equipes relataram isso na conferência em Denver.

Enquanto isso, o experimento do feixe NIST vem juntando dados novos desde o ano passado, usando detectores sensíveis e outros componentes que o tornarão mais precisos do que os projetos anteriores – calculando a vida dos nêutrons dentro de um segundo em vez de três a quatro segundos como tem acontecido até agora. “Todo mundo está esperando por esses resultados”, diz Nadia Fomin, física da Universidade do Tennessee, em Knoxville. E a equipe já está projetando seu experimento de próxima geração, que visa pregar a vida de nêutrons em 0,3 segundos.

“Estamos a caminho de resolver isso”, diz Peter Geltenbort, físico do ILL.

Referências:

  1. Pattie, RW Jr et al. Science 360 , 627-632 (2018).
  2. Ejov, VF et al. JETP Lett. 107 , 671-675 (2018).
  3. Serebrov, AP et al. Phys. Rev. C 97 , 055503 (2018).
  4. Yue, AT et al. Phys. Rev. Lett. 111 , 222501 (2013).
  5. Fornal, B. & Grinstein, B. Phys. Rev. Lett. 120 , 191801 (2018)

¹ Diferente do que é comumente dito, nêutrons são partículas que possuem carga, carga neutra, pois são constituídos por 1 quark up (u) com carga +2e/3 e 2 quarks down (d) com carga -e/3 , e, portanto, sua carga total é 0.