Por muitos séculos, acreditamos arrogantemente que encontramos quase todas as respostas para as questões mais profundas. Os cientistas pensaram que a mecânica de Newton descreve tudo até descobrirem a natureza ondulatória da luz. Os físicos pensaram que quando Maxwell combinava eletromagnetismo, este é o fim, mas depois veio a teoria da relatividade e da mecânica quântica. Muitos pensaram que a natureza da substância é completamente clara quando encontramos um próton, um nêutron e um elétron, mas depois encontramos partículas de alta energia. Apenas nos últimos 25 anos, cinco incríveis descobertas mudaram nossa compreensão do universo, e cada uma delas promete uma grande revolução. Vivemos em um tempo incrível: temos a oportunidade de olhar para as profundezas dos mistérios de tudo.
1. A massa de neutrinos…
Quando começamos a contar os neutrinos no papel que vêm do Sol, obtivemos um número baseado na síntese que deve ocorrer no interior. Mas quando começamos a considerar neutrinos vindos do Sol, vimos apenas um terço do que esperávamos. Por quê? A resposta apareceu apenas recentemente, quando uma combinação de medições de neutrinos solares e atmosféricos mostrou que eles podem oscilar de um tipo para outro. Porque eles têm massa.
O que isso significa para astrofísica? Os neutrinos são as partículas massivas mais comuns no universo: são um bilhão de vezes maiores que os elétrons. Se eles têm uma massa, segue-se que:
- formam uma proporção de matéria escura,
- caem em estruturas galácticas,
- possivelmente formam um estranho estado astrofísico, conhecido como condensado fermiônico,
- podem estar associados à energia escura.
Se os neutrinos tiverem massa, eles também podem ser partículas de Majorana (em vez de partículas mais comuns do tipo Dirac) que fornecem um novo tipo de decaimento nuclear. Eles também podem ter primos canhotos extra-pesados que poderiam explicar a matéria escura. Neutrinos também carregam a maior parte da energia em supernovas, são responsáveis pelo resfriamento de estrelas de nêutrons, afetam o resplendor do Big Bang (CMB) e são uma parte importante da moderna cosmologia e astrofísica.
2. O universo em aceleração…
Se o universo começar com um Big Bang quente, ele terá duas propriedades importantes: a taxa de expansão inicial e a densidade inicial de matéria / radiação / energia. Se a densidade fosse muito grande, o universo se reuniria; se for muito pequeno, o universo sempre se expandirá. Mas em nossa densidade universo e a extensão não é apenas perfeitamente equilibrado, mas uma pequena fração dessa energia é na forma de energia escura, o que significa que o nosso universo começou a expandir-se rapidamente depois de 8 bilhões de anos e desde então continua com o mesmo espírito.
O que isso significa para astrofísica? Pela primeira vez na história da humanidade, pudemos aprender um pouco sobre o destino do universo. Todos os objetos que não estão conectados um ao outro gravitacionalmente acabarão, o que significa que tudo o que estiver fora do nosso grupo local irá um dia voar para longe. Mas qual é a natureza da energia escura? Isto é uma constante cosmológica? Está conectado com um vácuo quântico? Pode ser um campo cuja força muda com o tempo? Futuras missões como Euclides ESA, WFIRST NASA e novos telescópios de 30 metros permitirão medições mais precisas da energia escura e nos permitirão descrever com precisão como o universo se acelera. No final, se a aceleração aumentar, o Universo terminará com a Grande Lacuna; se cair, pela Grande Compressão. Em jogo está o destino de todo o universo.
3. Exoplanetas…
Uma geração atrás nós pensamos que existem planetas perto de outros sistemas estelares, mas não tivemos nenhuma evidência para apoiar esta tese. Atualmente, graças em grande parte à missão Kepler da NASA, encontramos e testamos milhares delas. Muitos sistemas solares são diferentes dos nossos: alguns contêm super-terras ou mini-Netuno; alguns contêm gigantes gasosos nas partes internas dos sistemas solares; a maioria contém mundos do tamanho da Terra na distância correta de estrelas anãs vermelhas, pequenas e esmaecidas, de modo que a água possa existir na superfície em um estado líquido. E ainda há muito a ser visto.
O que isso significa para astrofísica? Pela primeira vez na história, descobrimos mundos que podem ser candidatos potenciais à vida. Estamos mais próximos, do que nunca, da descoberta de sinais de vida extraterrestre no universo. E muitos desses mundos podem um dia tornar-se o lar de colônias humanas, se quisermos seguir esse caminho. No século 21, vamos começar a explorar estas possibilidades: medir a atmosfera desses mundos e procurar sinais de vida, enviar sondas espaciais a velocidade significativa, analisá-los para semelhanças com a Terra em motivos tais como os oceanos e continentes, a cobertura de nuvens, o teor de oxigênio na atmosfera dos tempos ano. Nunca na história do universo houve um momento mais adequado para isso.
4. Bóson de Higgs…
A descoberta da partícula de Higgs no início de 2010 finalmente completou o Modelo Padrão de partículas elementares. O bóson de Higgs tem uma massa de cerca de 126 GeV / c ^ 2, decai em 10 ^ -24 segundos e decai exatamente como previsto pelo Modelo Padrão. No comportamento dessa partícula não há sinais da existência de nova física fora do Modelo Padrão, e isso é um grande problema.
O que isso significa para astrofísica? Por que a massa de Higgs é muito menor que a massa de Planck? Essa questão pode ser formulada de diferentes maneiras: por que a força gravitacional é muito mais fraca do que o resto das forças? Há muitas soluções possíveis: .. supersimetria, dimensões extras, a excitação fundamental (solução conformal), como parte Higgs partícula (Technicolor), etc. Mas enquanto estas decisões não têm a evidência, e se nós estávamos olhando com cuidado suficiente?
Em algum nível, deve haver algo fundamentalmente novo: as novas partículas, novos campos, novas energias, etc. Todos eles são, pela sua natureza terá o astrofísico e implicações cosmológicas, e todos estes efeitos dependem do modelo … Se a física de partículas, por exemplo, no LHC, não fornecer novas dicas, talvez a astrofísica forneça. O que acontece nas energias mais altas e na menor distância? O Big Bang – e os raios cósmicos – nos trouxeram as mais altas energias que nosso mais poderoso acelerador de partículas poderia ter. A próxima chave para resolver um dos maiores problemas da física pode surgir do espaço, não da Terra.
5. Ondas Gravitacionais…
Por 101 anos, foi o santo graal da astrofísica: a busca por evidências diretas da maior previsão não comprovada de Einstein. Quando o LIGO avançada sob fiança em 2015, ela conseguiu chegar a sensibilidade necessária para ondulações de espaço-tempo de registro das próprias fontes de ondas curtas de ondas gravitacionais do universo: espirais e fusão de buracos negros. Com dois detecção confirmada do cinto (e quantos mais serão), Advanced LIGO trouxe astronomia de ondas gravitacionais do reino da ficção científica à realidade.
O que isso significa para astrofísica? Toda a astronomia até agora dependia da luz, dos raios gama ao espectro visível, microondas e frequências de rádio. Mas a descoberta de ondulações no espaço-tempo é uma maneira completamente nova de estudar os fenômenos astrofísicos no universo. Tendo os detectores necessários com a sensibilidade necessária, podemos ver:
- fusão de estrelas de nêutrons (e descobrir se elas criam flashes de raios gama);
- a fusão de anãs brancas (e supernovas associadas do tipo Ia com elas);
- Buracos negros supermassivos que devoram outras massas;
- assinaturas de supernova de ondas gravitacionais;
- assinaturas de pulsares;
- assinatura de onda gravitacional residual do nascimento do universo, é possível.
Agora, a astronomia de ondas gravitacionais está no começo do desenvolvimento, dificilmente se tornando uma área comprovada. Os próximos passos serão um aumento na faixa de sensibilidade e frequências, bem como uma comparação do que foi visto no céu gravitacional com o céu óptico. O futuro está chegando.
E isso não estamos falando de outros grandes enigmas. Há uma matéria escura: mais de 80% da massa do universo é completamente invisível à luz e à matéria comum (atômica). Existe um problema de bariogênese: por que nosso Universo é cheio de matéria e não de antimatéria, embora qualquer reação que tenhamos observado seja completamente simétrica em matéria e antimatéria. Existem paradoxos de buracos negros, inflação cósmica, a bem sucedida teoria quântica da gravitação ainda não foi criada.
Há sempre a tentação de acreditar que os nossos melhores dias já terminaram e as descobertas mais importantes e revolucionárias já foram feitas. Mas se quisermos compreender as maiores questões de todas – de onde o universo veio, do que ele realmente consiste, como surgiu e para onde se move, como termina – ainda temos muito trabalho a fazer. Tendo um tamanho, alcance e sensibilidade sem precedentes de telescópios, poderemos aprender mais do que jamais conhecemos. A vitória não é garantida, mas cada passo que damos nos leva um passo mais perto do destino. Não importa onde esta viagem nos levará, mais importante, que será incrível.
Novo Código de Consciência, Conhecimentos... 