Simulação recria nascimento de galáxia similar à Via Láctea

Simulação galáctica

Após intensos cálculos numéricos, que tomaram nove meses de um supercomputador, cientistas completaram a primeira simulação completa do nascimento de uma galáxia espiral.

A galáxia hipotética é semelhante à nossa Via Láctea e, segundo o grupo, a simulação, chamada Eris, pode ser uma recriação bastante realística de como a nossa galáxia surgiu.

A simulação resolve um problema antigo, que levou alguns pesquisadores a questionarem o modelo cosmológico vigente.

"Esforços anteriores para formar uma galáxia de disco massivo como a Via Láctea falharam, com as galáxias simuladas acabando com enormes protuberâncias centrais em relação ao tamanho do disco," explica Javiera Guedes, da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, e primeiro autor de um artigo sobre a nova simulação.

Via Láctea simulada

A galáxia Eris é uma galáxia espiral barrada, ou seja, com um grande barra central de estrelas brilhantes. Todas as demais propriedades estruturais simuladas são consistentes com as galáxias como a Via Láctea.

Seu perfil de brilho, relação entre saliência central e disco, conteúdo estelar e outras características essenciais estão dentro da faixa de observações da Via Láctea e de outras galáxias do mesmo tipo.

"Nós dissecamos a galáxia de muitas maneiras diferentes para confirmar que ela se encaixa com as observações", disse Guedes.

Teoria da matéria escura fria

Os resultados apóiam a chamada teoria da matéria escura fria, segundo a qual a evolução da estrutura do universo é dirigida pelas interações gravitacionais da matéria escura - o termo "frio" expressa o movimento lento das partículas.

A gravidade atuou inicialmente sobre ligeiras flutuações de densidade presentes logo após o Big Bang, reunindo os primeiros aglomerados de matéria escura, que cresceram para formar aglomerados cada vez maiores através da fusão de pequenos progenitores menores.

Segundo a teoria, a matéria comum que forma estrelas e planetas caiu em "poços gravitacionais", criados por grandes aglomerações de matéria escura, dando origem a galáxias nos centros de halos de matéria escura.

Nos últimos 20 anos, no entanto, os esforços para reproduzir este processo em simulações de computador não conseguiram gerar galáxias maciças de disco, semelhantes à Via Láctea, com seus braços espirais em um grande disco plano em torno de um bojo central pequeno, formado por estrelas mais velhas.

Grafeno com plasmônica pode aumentar velocidade da internet

Uma colaboração entre as universidades de Manchester e Cambridge, no Reino Unido, incluindo Andre Geim e Konstantin Novoselov, ganhadores do prêmio Nobel por seus trabalhos com o grafeno, acaba de mostrar que esse "material-maravilha" também pode tirar proveito da plasmônica para aumentar a velocidade das comunicações ópticas.

Combinando o grafeno com nanoestruturas metálicas, eles criaram um componente capaz de capturar 20 vezes mais luz do que o grafeno isoladamente.

Célula solar de grafeno

Colocando dois fios metálicos muito próximos um do outro em cima de grafeno, os pesquisadores já haviam demonstrado a possibilidade de gerar energia elétrica - ou seja, o grafeno funciona como uma célula solar bastante rudimentar.

Mas, mesmo sem rivalizar com as células solares de silício, a possibilidade de capturar luz e transformá-la em eletricidade é algo muito interessante para as comunicações ópticas, em que a informação deve viajar na forma de luz pelas fibras ópticas e, para ser processada, precisa ser convertida em pulsos elétricos.

O maior obstáculo para a aplicação prática para este dispositivo específico à base de grafeno é que, ao contrário dos outros fotodetectores já existentes, ele apresentou uma eficiência muito baixa.

O problema é que o grafeno absorve pouca luz, cerca de 3% da luz que incide sobre ele, com o resto passando direto, sem contribuir para o funcionamento do dispositivo.

Grafeno com plasmônica

Os pesquisadores agora elevaram essa eficiência combinando o grafeno com minúsculas estruturas metálicas, cuidadosamente organizadas em cima do grafeno.

Os plásmons induzem "ondas eletrônicas" na superfície das estruturas metálicas, que acabam se "derramando" sobre o grafeno, otimizando sua coleta de elétrons e, portanto, gerando uma maior intensidade de corrente elétrica.

O arranjo criou na verdade uma nanoestrutura plasmônica, que funciona com base em ondas superficiais de elétrons chamados plásmons de superfície.

Em relação à "célula solar de grafeno", o componente capta 20 vezes mais luz, sem perda de velocidade.

"O grafeno parece ser um companheiro natural para a plasmônica. Esperávamos que nanoestruturas plasmônicas pudessem melhorar a eficiência dos dispositivos baseados em grafeno, mas foi uma surpresa muito agradável que as melhorias sejam tão dramáticas," comentou o Dr. Alexander Grigorenko, coordenador da equipe.

NASA construirá primeira usina nuclear para a Lua e Marte

Energia nuclear no espaçoReatores nucleares para uso espacial não são exatamente uma novidade. Sondas espaciais de longa distância usam-nos há décadas.O robô marciano Curiosidade, ou MSL (Mars Science Laboratory), será alimentado por seu próprio reator nuclear.Agora parece que os planos vão começar a sair do papel, com o agendamento para 2012 da construção de uma "Unidade de Demonstração Tecnológica" de um reator nuclear espacial.Em 2008, a NASA anunciou planos para desenvolver o projeto de uma usina nuclear na Lua.Reator nuclear espacialA notícia foi dada pelo coordenador do projeto, professor James E. Werner, do Laboratório Nacional Idaho, nos Estados Unidos.A ideia é, a exemplo do reator multipropósito que a NASA usa em suas sondas e robôs espaciais, construir uma usina multipropósito que possa ser usada em futuras explorações espaciais, não apenas na Lua, mas também em Marte e mesmo em asteroides.Embora o princípio de funcionamento de um reator nuclear espacial seja o mesmo dos reatores nucleares convencionais, sua baixa potência e miniaturização o tornam um tanto diferente."As pessoas nunca reconheceriam o sistema de energia por fissão como um reator de energia nuclear," disse Werner. "O reator em si tem cerca de 50 centímetros de largura por 75 centímetros de altura, aproximadamente do tamanho de uma mala."Sistemas de energia de fissão dependem da energia gerada pela fissão do núcleo de átomos - o calor gerado na reação é usado para criar vapor e girar uma turbina, que produz a eletricidade.Embora miniaturizado, o reator nuclear espacial terá todos os principais componentes de um sistema de um reator nuclear terrestre: uma fonte de calor, o sistema de conversão de energia - o gerador propriamente dito -, a dissipação do calor excessivo e a distribuição da energia.Mas também há diferenças."Embora a física seja a mesma, os baixos níveis de potência, o controle do reator e o material utilizado para a reflexão de nêutrons de volta para o núcleo são completamente diferentes," disse Werner. "O peso também é um fator significativo, que deve ser minimizada em um reator espacial, algo que não é levado em conta em um reator comercialFontes de energia no espaçoA energia solar e as células a combustível têm dominado a geração de eletricidade para satélites, sondas e naves espaciais.Mas, com o avanço da exploração espacial, haverá situações onde elas não darão conta do recado.Os painéis solares são ótimos para satélites artificiais em órbita da Terra e sondas em missões não muito distantes, embora a sonda espacial Juno esteja indo a Júpiter usando os maiores painéis solares já lançados ao espaço.As células a combustível, por sua vez, precisam de um reabastecimento mais contínuo, ou de formas de exploração de hidrogênio no espaço, que ainda não existem.Já os reatores nucleares podem gerar energia de forma constante, sem depender de uma orientação precisa em relação ao Sol e com uma necessidade muito menor de reposição do combustível."A maior diferença entre a energia solar e os reatores nucleares é que os reatores nucleares podem produzir energia em qualquer ambiente," explicou Werner. "Um sistema de fissão nuclear na Lua poderia gerar 40 kilowatts ou mais de energia elétrica, aproximadamente a mesma quantidade de energia necessária para alimentar oito casas na Terra."Além disso, um sistema de energia de fissão poderia funcionar em qualquer local como em crateras, cânions e cavernas, os locais mais considerados para a construção de bases espaciais pela proteção que ofereceriam aos astronautas em relação à radiação espacial.

Nuvens e raios cósmicos: a mudança climática que vem do céu

Modelos climáticos

Em Maio deste ano, um grupo de pesquisadores da Dinamarca e do Reino Unido demonstrou experimentalmente pela primeira vez que os raios cósmicos podem estimular a formação de gotas de água na atmosfera da Terra, conduzindo à formação de nuvens.

Agora, o laboratório do CERN, o mesmo que coordena o LHC, fez a primeira simulação computadorizada desse processo, um passo importante para que ele seja incluído nos modelos de previsão climática.

Esta foi uma das descobertas mais importantes nos anos recentes na área da climatologia, fornecendo um novo elemento de origem natural para os modelos climáticos de longo prazo, como os utilizados pelo IPCC para avaliar as mudanças climáticas.

Sementes de nuvens

O projeto Nuvem (CLOUD - Cosmics Leaving OUtdoor Droplets) mostrou que os vapores-traço encontrados na baixa atmosfera conseguem explicar apenas uma parte da produção de aerossóis encontrados na atmosfera.

Os aerossóis servem como "sementes", em torno das quais a umidade se condensa para formar gotículas, iniciando o processo de formação das nuvens.

Os resultados da simulação confirmaram que a ionização causada pelos raios cósmicos aumenta de forma dramática a formação de aerossóis.

A poucos quilômetros de altitude, traços de ácido sulfúrico e vapor d'água podem formar aglomerados rapidamente - um processo que pode ser acelerado em 10 vezes ou mais pelos raios cósmicos.

"Esses novos resultados do Projeto Cloud são importantes porque nós fizemos uma série de de primeiras observações de processos atmosféricos muito importantes," disse o pesquisador Jasper Kirkby. "Nós descobrimos que os raios cósmicos aumentam significativamente a formação de partículas de aerossóis na troposfera média e acima. Esses aerossóis podem eventualmente crescer e se transformar em sementes para as nuvens."

Vapores não identificados

Mas a equipe também descobriu que os vapores até agora considerados na formação dos aerossóis não explicam a história toda.

Abaixo de uma determinada altitude é necessária a presença de amônia.

Nem assim, contudo, as simulações conseguem explicar várias observações já feitas: de maneira mais significativa, o modelo mostrou que apenas vapor d'água, ácido sulfúrico e amônia não conseguem gerar a quantidade de aerossóis observados, nem mesmo com o surpreendentemente forte efeito dos raios cósmicos.

Outros vapores e compostos químicos devem estar envolvidos no processo. É nisso que os cientistas vão se empenhar a seguir.

"Foi uma grande surpresa descobrir que a formação de aerossóis na baixa atmosfera não é devida apenas à água, ácido sulfúrico e amônia," reconhece Kirkby. "Agora é vital descobrir quais outros vapores estão envolvidos, se eles são naturais ou de origem humana, e como eles influenciam as nuvens."

Manipulando a luz à vontade

Canivete suíço para a luz

Os metamateriais e outros dispositivos fotônicos têm permitido aos cientistas lidar com a luz com uma flexibilidade cada vez maior.

Torcer a luz e aprisionar arco-íris são alguns exemplos dessas pesquisas recentes, que têm importância crucial para que a tecnologia possa cruzar a fronteira entre a eletrônica atual e a fotônica do futuro.

Mas um grupo de engenheiros agora afirma ter construído uma espécie de "canivete suíço" para lidar com a luz.

Alec Rose e seus colegas da Universidade Duke, nos Estados Unidos, afirmam ter desenvolvido um material que permite manipular a luz de forma quase tão flexível quanto a eletrônica consegue manipular os fluxos de elétrons.

Até agora, o melhor que havia sido alcançado eramraios plasmônicos curvos, que ondulam como se fosse uma corda agitada por uma das pontas.

Não-linearidade

A solução mais versátil para a manipulação da luz foi encontrada nos metamateriais, mais conhecidos pelas suas aplicações nos mantos de invisibilidade.

A luz que entra em um metamaterial pode ser refletida, refratada ou atenuada. Contudo, ao sair do outro lado, continuará sendo o mesmo raio de luz - um fenômeno conhecido como linearidade.

"Para alguns feixes de luz muito intensos, contudo, certos materiais 'não-lineares' violam essa regra básica, convertendo a energia de entrada em um novo feixe de luz inteiramente distinto, com o dobro da frequência original," explica Rose.

Esse segundo feixe, conhecido como segunda harmônica, já é explorado na alteração de cores em raios laser. Mas os materiais não-lineares usados para isso são frágeis e é muito difícil ajustá-los para controlar a direção da segunda harmônica.

O que os pesquisadores fizeram foi desenvolver um metamaterial que consegue guiar a segunda harmônica. "O dispositivo simultaneamente dobra e reflete as ondas que entram na direção que queremos," afirma Rose.

Comunicação inteiramente óptica

O dispositivo mede 20 centímetros de comprimento por 15 centímetros de largura e cerca de um centímetro de altura. Ele foi construído com segmentos individuais feitos do material de fibra de vidro utilizado nas placas de circuito impresso.

Cada segmento recebe círculos de cobre estampados sobre a superfície. Cada círculo tem um pequeno intervalo, com uma ponte formada por um diodo. Quando é excitado pela luz que passa através dele, o diodo quebra a simetria natural da onda, criando a não-linearidade.

"Essa magnitude de controle sobre a luz é exclusiva dos metamateriais não-lineares, e pode ter consequências importantes para a comunicação inteiramente óptica, onde a capacidade de manipular a luz é crucial," disse Rose.

"A tendência no campo das telecomunicações é definitivamente óptica," afirma Rose. "Ser capaz de controlar a luz da mesma maneira que a eletrônica controla as correntes elétricas é um passo importante para transformar as atuais tecnologias de telecomunicações."

Cientistas descobrem alumínio superdenso

Superdensidade

Uma equipe internacional de pesquisadores descobriu um novo material nunca antes visto na Terra: um alumínio superdenso.

Segundo o professor Saulius Juodkazis, da Universidade Swinburne, na Austrália, o alumínio superdenso é 40% mais denso e mais resistente do que o alumínio comum.

Segundo ele, a descoberta dará um avanço significativo no desenvolvimento de novos materiais nanoestruturados, com propriedades não encontradas em materiais naturais.

"Sob pressões e temperaturas extremas, como as que existem no núcleo da Terra, os materiais formam novas fases de alta densidade, com arranjos atômicos compactos e propriedades físicas totalmente estranhas", disse ele, que trabalhou em conjunto com pesquisadores dos Estados Unidos e do Japão.

Microexplosões

Como não é possível coletar amostras do núcleo da Terra, o conhecimento sobre essas fases de alta densidade é basicamente teórico.

Agora, o grupo desenvolveu uma técnica para produzir o alumínio superdenso aqui na superfície mesmo.

Para isso, eles criaram uma técnica para gerar microexplosões, reproduzindo as condições de alta pressão em nanoescala.

"Focalizando pulsos ultra-curtos de laser sobre uma amostra de safira, nós induzimos uma microexplosão no material. Esse processo imita o tipo de forças sísmicas que moldam a Terra e outros planetas, fundindo e reformando os materiais sob pressões intensas. E ele nos permitiu sintetizar o alumínio superdenso," explicou Juodkazis.

Metais superdensos

A técnica de microexplosão poderá ser usada com outros metais, permitindo sintetizar supermetais em geral, com estruturas atômicas muito mais densas do que os metais originais.

"A criação de ouro ou prata superdensos, por exemplo, poderá abrir muitas novas possibilidades para os biossensores e para o campo da plasmônica," disse o pesquisador.

De fato, o experimento é muito simples, dispensando os caros e complicados aparatos geralmente utilizados em experimentos de alta pressão, como as bigornas de diamante, dando origem a uma nova ferramenta que deixa a criação de materiais de alta densidade ao alcance de muitos outros grupos de pesquisadores.

Geofísica

A análise dos materiais superdensos também terá impacto no campo da geofísica.

"Examinando as propriedades mecânicas e elétricos desse tipo de material poderemos ter uma melhor compreensão da condutividade elétrica das regiões interiores do planeta. Isto é particularmente importante no contexto das mudanças climáticas observadas ao tempo das grandes escalas de tempo geológicas," disse Juodkazis.

Futuro do Universo pode estar influenciando o presente

Influências do futuro sobre o passado

Uma reformulação radical da mecânica quântica sugere que o Universo tem um destino definido, e que esse destino já traçado volta no tempo para influenciar o passado, ou o presente.

É uma afirmação alucinante, mas alguns cosmólogos já acreditam que uma reformulação radical da mecânica quântica, na qual o futuro pode afetar o passado, poderia resolver alguns dos maiores mistérios do universo, incluindo a forma como a vida surgiu.

E, além da origem da vida, poderia ainda explicar a fonte da energia escura e resolver outros enigmas cósmicos.

O que é mais impressionante é que os pesquisadores afirmam que recentes experimentos de laboratório confirmam de forma dramática os conceitos que servem de base para esta reformulação.

Ordem oculta na incerteza

O cosmólogo Paul Davies, da Universidade do Arizona, nos Estados Unidos, está iniciando um projeto para investigar que influência o futuro pode estar tendo no presente, com a ajuda do Instituto FQXi, uma entidade sem fins lucrativos cuja proposta é discutir as questões fundamentais da física e do Universo.

É um projeto que vem sendo acalentado há mais de 30 anos, desde que Davies ouviu falar pela primeira vez das tentativas do físico Yakir Aharonov para chegar à raiz de alguns dos paradoxos da mecânica quântica.

Um desses paradoxos é o aparente indeterminismo da teoria: você não pode prever com precisão o resultado de experimentos com uma partícula quântica; execute exatamente o mesmo experimento em duas partículas idênticas e você vai obter dois resultados diferentes.

Enquanto a maioria dos físicos que se confrontaram com esse problema concluíram que a realidade é, fundamentalmente, profundamente aleatória, Aharonov argumenta que há uma ordem oculta dentro da incerteza. Mas, para entender sua origem, é necessário um salto de imaginação que nos leva além da nossa visão tradicional de tempo e causalidade.

Em sua reinterpretação radical da mecânica quântica, Aharonov argumenta que duas partículas aparentemente idênticas comportam-se de maneiras diferentes sob as mesmas condições porque elas são fundamentalmente diferentes. Nós apenas não detectamos esta diferença no presente porque ela só pode ser revelada por experiências realizadas no futuro.

"É uma ideia muito, muito profunda", diz Davies.

Consequências presentes do futuro

A abordagem de Aharonov sobre a mecânica quântica pode explicar todos os resultados normais que as interpretações convencionais também conseguem, mas tem a vantagem adicional de explicar também o aparente indeterminismo da natureza.

Além do mais, uma teoria na qual o futuro pode influenciar o passado pode ter repercussões enormes e muito necessárias para a nossa compreensão do universo, diz Davies.

Os cosmólogos que estudam as condições do início do universo ficam intrigados sobre o porquê do cosmos parecer tão idealmente talhado para a vida.

Mas há também outros mistérios: Por que é que a expansão do universo está se acelerando? Qual é a origem dos campos magnéticos visto nas galáxias? E por que alguns raios cósmicos parecem ter energias impossivelmente altas?

Estas questões não podem ser respondidas apenas olhando para as condições passadas do universo.

Mas talvez, pondera Davies, se o cosmos já tem definidas algumas condições finais nele próprio - um destino -, então isto, combinado com a influência das condições iniciais estabelecidas no início do universo, pode perfeitamente explicar estes enigmas cósmicos.

Testando a flecha do tempo

É uma ideia muito boa - embora extremamente estranha.

Mas haveria alguma maneira de verificar a sua viabilidade? Dado que ela invoca um futuro ao qual ainda não temos acesso como causa parcial do presente, isto parece ser uma tarefa impossível.

No entanto, testes de laboratório engenhosamente inventados recentemente colocaram o futuro em teste e descobriram que ele poderia realmente estar afetando o passado.

Aharonov e seus colegas previram há muito tempo que, para certos experimentos quânticos muito específicos, realizados em três etapas sucessivas, o modo como a terceira e última etapa é realizada pode mudar dramaticamente as propriedades medidas durante o passo intermediário. Assim, ações realizadas no futuro (na terceira etapa), seriam vistas afetando os resultados das medições efetuadas no passado (na segunda etapa).

Em particular, nos últimos dois anos, equipes experimentalistas realizaram repetidamente experiências com lasers que mostram que, ajustando o passo final do experimento, é possível introduzir amplificações dramáticas no montante pelo qual o feixe de laser é desviado durante as etapas intermediárias do experimento. Em alguns casos, a deflexão observada durante a etapa intermediária pode ser amplificada por um fator de 10.000, dependendo das escolhas feitas na etapa final.

Estes resultados estranhos podem ser explicados de forma simples pelo quadro traçado por Aharonov: a amplificação intermediária é o resultado da combinação de ações realizadas tanto no passado (na primeira etapa) quanto no futuro (na etapa final).

É muito mais complicado explicar esses resultados usando interpretações tradicionais da mecânica quântica, afirma Andrew Jordan, da Universidade de Rochester, nos Estados Unidos, que ajudou a conceber um dos experimentos com laser.

A situação pode ser comparada à forma como o modelo heliocêntrico do Sistema Solar, de Copérnico, e o modelo geocêntrico de Ptolomeu, ambos fornecem interpretações válidas dos mesmos dados planetários, mas o modelo heliocêntrico é muito mais simples e mais elegante.

Consequências cósmicas

Embora os experimentos com laser estejam dando boas notícias para a equipe, Davies, Aharonov, Tollaksen e seu colega Menas Kefatos, da Universidade Chapman, na Califórnia, estão agora à procura de consequências cósmicas observáveis de informações do futuro influenciando o passado.

Um bom lugar para procurar é a radiação cósmica de fundo (CMB), o "brilho" remanescente do Big Bang. A CMB tem ondulações fracas de calor e frio e, trinta anos atrás, Davies desenvolveu um modelo com seu então aluno Tim Bunch que descreve essas ondas no nível quântico.

Davies e Tollaksen estão agora revisando este modelo no novo arcabouço quântico.

Físicos têm ideias já bem desenvolvidas sobre como era o estado inicial do universo e como pode acabar sendo seu estado final - muito provavelmente um vácuo, o resultado inevitável da contínua expansão.

A equipe está colocando estas ideias junto com seu novo modelo para ver se ele consegue prever assinaturas características da influência do futuro na CMB que possam ser captadas pelo telescópio espacial Planck.

"A cosmologia é um caso ideal para esta abordagem," afirma Bill Unruh, da Universidade da Colúmbia Britânica, no Canadá. "Desde que Aharonov encontrou esses resultados tão estranhos em algumas situações, vale a pena olhar para a cosmologia."

Davies ainda não sabe se essas ideias vão produzir resultados. Mas se o fizerem, seria revolucionário.

"A coisa mais notável sobre Paul," avalia Michael Berry, da Universidade de Bristol, "é que ele tem ideias muito selvagens combinadas com extremo cuidado e sobriedade."

Este pode ser exatamente o caráter necessário para fazer um grande avanço. Pode até ser o destino de Davies, uma mescla de seu futuro e de seu passado.

NASA anuncia descoberta de grafeno no espaço

Bioquímica do carbono

O Telescópio espacial Spitzerencontrou assinaturas químicas de grafeno no espaço, folhas de carbono com apenas um átomo de espessura, parecidas com uma tela de galinheiro.

A descoberta do grafeno, realizada em 2004, levou o Prêmio Nobel de Física de 2010.

Já a descoberta do grafeno no espaço ainda precisará ser confirmada por observações mais detalhadas.

O grafeno é extremamente forte, conduz eletricidade tão bem quanto os metais e já está sendo utilizado experimentalmente em computadores, telas e monitores e painéis solares, além de uma infinidade de outras aplicações possíveis.

Já o grafeno espacial é mais importante pelas informações que ele pode dar aos cientistas sobre a origem da vida, na Terra e pelo espaço afora. Entender as reações químicas envolvendo o carbono no espaço pode dar novas informações sobre como pode ter surgido e evoluído nossa bioquímica baseada nesse elemento.

Grafeno no espaço

O grafeno foi identificado em duas pequenas galáxias vizinhas à nossa - as Nuvens de Magalhães - associado a um material expelido por estrelas no final da vida, que forma a chamada nebulosa planetária.

O telescópio Spitzer, que observa o Universo e Cosmologia em infravermelho, também encontrou sinais de outra molécula de carbono, chamada C70.

A C70, que tem um formato alongado, assim como o grafeno, pertencem à família dos fulerenos, também conhecidas pelo termo inglês buckyballs - esta é a maior molécula já identificada no espaço.

A mais famosa das moléculas dessa família é a C60, em formato esférico, que deu nome à família, uma homenagem aos domos arquitetônicos feitos por Buckminister Fuller.

Vida em uma esfera de carbono

Recentemente foram encontrados fulerenos incorporados em meteoritos, contendo gases extraterrestres em seu interior.

Como cientistas já conseguiram encapsular água nessas moléculas, em laboratório, surge agora a hipótese de que os fulerenos podem ter sido os carregadores de materiais importantes para o surgimento da vida na Terra, que teria chegado até aqui pelos meteoritos.

Segundo os astrônomos, o grafeno e os fulerenos formam-se no espaço quando as ondas de choque geradas pelas estrelas que morrem quebram grânulos de carbono.

Memória de vidro guarda dados em 5 dimensões

Conversor de polarização

Pesquisadores criaram um vidro nanoestruturado que pode funcionar como uma memória óptica e ainda reduzir o custo da microscopia de alta resolução e das imagens médicas.

Martynas Beresna e seus colegas da Universidade de Southampton, na Grã-Bretanha, usaram um laser pulsado ultra-rápido para construir saliências em nanoescala no vidro.

Essas estruturas funcionam como conversores de polarização, que alteram a forma como a luz viaja no interior do vidro.

A nanoestrutura óptica cria "redemoinhos" de luz que podem ser lidos de forma muito parecida com a leitura de um dado que viaja por uma fibra óptica.

Voxels

Os cientistas chamam esses redemoinhos de "voxels", em comparação com os pixels de uma imagem.

A grande diferença, contudo, é que os voxels podem ser posicionados no interior do vidro, o que os torna uma espécie de "pixels 3D" - na verdade, os cientistas conseguiram gravar dados em até 5 dimensões.

Ainda assim, a informação pode ser escrita, apagada e reescrita na estrutura molecular do vidro, usando o mesmo laser.

Como o laser efetivamente altera os átomos no vidro, um dado gravado nesta memória de vidro poderia ter uma vida útil indeterminada, "para sempre", como dizem os pesquisadores.

Gravando em 5 dimensões, os cientistas conseguiram colocar a mesma quantidade de dados contida em um disco Blu-Ray - 50 GB - em um pedaço de vidro do tamanho de uma moeda.

Contudo, o laser usado - um laser capaz de produzir pulsos com duração na faixa dos femtossegundos - é bem mais complexo do que o laser de um leitor/gravador de CD ou DVD.

Por isso, a descoberta deverá ter um impacto maior e mais imediato no campo da microscopia e da geração de imagens médicas, ao permitir resoluções acima do limite de difração da luz.

Polarização da luz

Um laser pulsado com polarização fixa consegue produzir arranjos periódicos de voxels em planos muito precisos e finos, com alturas na faixa das dezenas de nanômetros.

Quando a luz atravessa um desses voxels gravados no vidro, ela é conduzida de forma diferente, dependendo da orientação da sua polarização.

Este fenômeno - chamado birrefringência de forma - é a base do funcionamento da nanoestrutura como um conversor de polarização, um mecanismo com largas aplicações em microscopia.

"Antes disso nós tínhamos que usar um modulador de luz espacial baseado em cristais líquidos que custam mais de US$30 mil," explica Peter Kazansky, coautor da pesquisa. "Agora nós simplesmente colocamos esse nanodispositivo no caminho do feixe óptico e temos o mesmo resultado."

A técnica também poderá ser útil nas pinças ópticas, para manipulação de objetos em escala molecular e, segundo os pesquisadores, em aceleradores de partículas miniaturizados.

Luz supera velocidade máxima da luz - duas vezes

Confusões luminosas

Ainda está ecoando no ar os resultados de uma pesquisa recente, mal "traduzida" pela imprensa em geral como uma "prova" da impossibilidade de viagens no tempo.

Para confundir ainda mais as coisas, dois grupos independentes de pesquisadores acabam de demonstrar duas formas diferentes de fazer com que pulsos de luz viajem a uma velocidade superior aos 300.000 km/h estabelecidos pela teoria da relatividade especial de Einstein.

Por incrível que pareça, as conclusões destes novos estudos não contestam aquele trabalho da viagem no tempo e não derrubam a teoria da relatividade, mas podem ter resultados muito práticos, permitindo aumentos reais na velocidade de transmissão de informações por fibras ópticas.

Formas de ver a luz

Superando outros trabalhos que já demonstraram fótons viajando mais rápido do que a luz e partículas superluminais, os físicos agora conseguiram fazer com que "muita luz" pareça viajar mais rápido do que seria permitido.

Nos experimentos, a luz emerge do outro lado material mesmo antes de ter entrado na frente desse material.

Toda a confusão com esses experimentos emerge das muitas formas como a luz pode ser "vista" e interpretada.

Um pulso de luz, por exemplo, pode ser visto como uma espécie de onda de radiação eletromagnética chispando pelo espaço. Assim, se você fizer um gráfico da intensidade desse pulso, ele vai começar em zero, subir suavemente até formar um único pico, e então declinar novamente até zero.

Mas pode-se também imaginar esse pulso como uma coleção de ondas com diversos comprimentos de onda. O que antes era um pico individual de um único pulso de luz, passa a ser o resultado do somatório de uma série de ondas oscilando para baixo e para cima e se sobrepondo umas sobre as outras.

No centro do pulso, as diversas ondas se alinham e se reforçam mutuamente, ao contrário da subida e da descida do pulso, onde as ondas ficam fora de sincronia e acabam se cancelando.

Raio e Velocidade de Luz.

Raio de luz

Na verdade o raio de luz é uma abstração, uma figura teórica a partir do qual estudamos os feixes de ondas eletromagnéticas que constituem a luz, os mesmos que podemos ver emitidos de qualquer lanterna.

A lanterna, o sol e até mesmo os vagalumes são fontes primárias de luz, ou seja, corpos que geram luz a partir de alguma transformação físico-química que ocorre neles mesmos. Há também os corpos que não possuem luz própria mas são capazes de refletir a luz gerada por outros corpos. Estes corpos são chamados de fontes de luz secundárias. A lua cheia iluminando a noite é o exemplo mais comum de uma fonte de luz secundária.

Meios de propagação

Uma vez que a fonte de luz emitiu um feixe luminoso, ele passa a se propagar à velocidade de 300.000 Km/s no vácuo. Só que a luz também se propaga por outros meios que não o vácuo. Esses outros meios de propagação da luz são classificados de acordo com o modo como interagem com o feixe de raios de luz que incide sobre eles.

Com base nisso, os meios de propagação da luz podem ser transparentes,translúcidos ou opacos.

Meio de propagação transparente

Transparentes são os meios de propagação que se deixam atravessar pelos raios de luz sem afetar a ordenação de seus feixes. O ar atmosférico é transparente e, por isto, invisível, já que a luz o atravessa quase como se ele não existisse (note-se o quase: a rigor, o único meio totalmente transparente é o vácuo, mas para todos os efeitos práticos podemos estender a definição para outros meios cujas interações com a luz sejam pequenas demais para ser percebidas a olho nu).

A figura que segue mostra um feixe de raios de luz atravessando um meio de propagação transparente.

Meios transparentes são atravessados pelos raios luminosos sem afetar a orientação dos feixes. O observador enxerga a imagem do objeto vista através do corpo sem distorções.

Meio de propagação translúcido

Os meios translúcidos também se deixam atravessar pelos raios de luz, mas, ao contrário do que ocorre nos meios transparentes, esta passagem não se dá sem interações nas quais o meio afeta a orientação dos raios, fazendo com que objetos vistos através de meios translúcidos pareçam deformados.

A figura abaixo representa o comportamento dos raios de luz através dos corpos translúcidos:

Meios translúcidos são atravessados pelos raios luminosos, mas afetam a orientação dos feixes. O observador enxerga uma imagem distorcida do objeto vista através do corpo.

Meio de propagação opaco

Meios opacos são impermeáveis à luz, o que significa que estes meios bloqueiam os raios luminosos, que não conseguem atravessá-lo. Nesse caso, não é possível a um observador ver objetos através dele, conforme a figura:


Os raios de luz não atravessam meios opacos e um observador não pode ver através deles.

Corpo Luminoso e Corpo Iluminado

À esquerda, o Sol (corpo luminoso); à direita, a Lua (corpo iluminado).

Antes de apresentar a teoria sobre corpos luminosos e iluminados é importante ressaltar um pouco sobre a luz, afinal é ela quem define se um corpo é luminoso ou iluminado.

Antigamente, acreditava-se que a luz estava presente no corpo humano e que o olho era o responsável pela saída dessa luz.
Em resumo, pode-se dizer que atualmente os físicos e demais estudiosos do assunto acreditam que a luz seja formada pela junção de fótons e que por isso possui natureza ondulatória.

A luz tem origem eletromagnética, ou seja, é formada por oscilações eletromagnéticas ou oscilações elétricas.

Corpo Luminoso
É uma espécie de luz primária capaz de emitir luz própria, proporcionando, então, iluminação para o meio onde está sendo emitida.

São exemplos de corpos luminosos: o Sol, a chama de uma vela, ou até mesmo qualquer corpo aquecido até certa temperatura pode se tornar luminoso.

Corpo Iluminado
São os corpos que não possuem a capacidade de emitir luz própria. Os corpos iluminados apenas refletem a luz que recebem.
Ex.: homem, carro, um lápis, etc.

Conceitos fundamentais

Ao adquirir energia cinética suficiente, um elétron se transforma em um elétron livre e se desloca até colidir com um átomo. Com a colisão, ele perde parte ou toda energia cinética que possuía, excitando outros elétrons. A energia poderá ser absorvida na forma de energia térmica pelos átomos que estão em movimento vibratório. Se um potencial elétrico é aplicado em um condutor, os elétrons têm um aumento em sua energia cinética e colidem com mais frequência com os átomos, o que aumenta a temperatura do condutor. Desta forma, quando a corrente elétrica flui em um condutor, parte da energia potencial elétrica é convertida em energia térmica; assim, sua resistência não está associada apenas a oposição ao fluxo de corrente, mas também ao desenvolvimento da energia térmica no condutor. A resistência é, então, uma propriedade indesejável para os condutores que conduzem a energia elétrica de uma fonte para uma carga, mas pode ser desejável para outras situações (chuveiro, por exemplo).
Um componente especificamente projetado para possuir resistência é chamado resistor. Dependendo do material utilizado, e de suas características físicas e construtivas, os resistores podem ser de carbono, de fio, de filme ou de semicondutores.