Carlos Martins ajuda a testar uma das constantes fundamentais do Universo

Esquema da medição do espectro do Quasar HS 1549+1919
Foto: Ciència Viva na Imprensa Regional 

Recorrendo a alguns dos espectrógrafos mais precisos do mundo – UVES (telescópios VLT, do ESO), HIRES (telescópios Keck) e HDS (telescópio Subaru) – uma equipa internacional procurou variações de velocidade relativa no espectro de absorção do Quasar HS 1549+1919.

Essas variações permitem medir a constante de estrutura fina (α ou Alfa), uma das constantes fundamentais do Universo, cujo valor caracteriza o comportamento de uma das forças fundamentais do Natureza – a força electromagnética.

A luz deste Quasar, situado a 11,5 mil milhões de anos-luz, atravessou três galáxias diferentes, respetivamente há 10, 9 e 8 mil milhões de anos atrás. Cada uma delas absorveu parte do espectro do Quasar, deixando nessa absorção pistas de como a força electromagnética se comportava em cada uma dessas épocas.

Tyler Evans (CAS, U. Swinburne), o primeiro autor deste artigo, explica que “nós dividimos a luz, de forma muito precisa, nas suas cores constituintes, produzindo um arco-íris com uma espécie de “código de barras” de cores em falta. Este padrão permite-nos medir o comportamento do electromagnetismo”.

A necessidade de usar os três grandes telescópios surge dos erros nas medições. É que, a existirem variações de Alfa, como alguns estudos anteriores sugeriam, estas serão muito pequenas.

Comparando as três medições é possível minimizar os erros de medição. Carlos Martins (Instituto de Astronomia e Ciências do Espaço/Centro de Astrofísica, Universidade do Porto), um dos co-autores do artigo, comenta que “para realizar estes testes, é necessário levar os atuais espectrógrafos até ao limite, e melhora-los é fundamental para a cosmologia moderna.”

Depois de corrigidos os erros, os dados dos três telescópios dão a mesma resposta: se nos últimos 10 mil milhões de anos houve alguma uma variação de Alfa, e por consequência, da força electromagnética, terá sido uma variação inferior a algumas partes por milhão.

Segundo Michael Murphy (CAS, U. Swinburne), outros dos co-autores do estudo “penso que esta terá sido a medição mais precisa do género, até à data”.

Além das possíveis variações de Alfa, este estudo serviu também para tentar desvendar um dos maiores enigmas da cosmologia moderna – a verdadeira natureza da Energia Escura. O estudo da energia escura é um dos objectivos do projecto FCT do CAUP: O Lado Escuro do Universo. Carlos Martins, o investigador principal deste projecto, diz que “estas novas técnicas são importantes para a preparação de testes semelhantes, a serem realizados pelo ESPRESSO, e pelo European Extremely Large Telescope (E-ELT, do ESO), dois projetos nos quais o CAUP está bastante envolvido”.

A física por detrás destas constantes fundamentais do Universo, como a constante de estrutura fina, é ainda um mistério para a cosmologia moderna. Estas aparecem no modelo padrão da física de partículas como parâmetros que não podem ser calculados, tendo de ser medidos em laboratório, com os respectivos valores inseridos à mão no modelo.

A existir, uma Grande Teoria Unificada terá de prever a existência e os valores destas constantes, além de explicar qual a sua dependência de outros parâmetros.

VLT revela alinhamento entre eixos de buraco negros supermassivos (quasares) e estrutura a grande escala

Novas observações obtidas com o Very Large Telescope do ESO (VLT), no Chile, revelaram alinhamentos nas maiores estruturas descobertas no Universo até à data. Uma equipa de investigação europeia descobriu que os eixos de rotação dos buracos negros centrais supermassivos numa amostra de quasares encontram-se paralelos entre si ao longo de distâncias de milhares de milhões de anos-luz.

A equipa descobriu também que os eixos de rotação destes quasares tendem a alinhar-se com as enormes estruturas da rede cósmica onde residem. Os quasares são núcleos de galáxias onde existem buracos negros supermassivos muito ativos.

Estes buracos negros encontram-se rodeados de discos de matéria em rotação extremamente quente, que é muitas vezes ejetada na direção dos seus eixos de rotação. Os quasares podem brilhar mais intensamente que todas as estrelas da galáxia onde se encontram. Uma equipa liderada por Damien Hutsemékers da Universidade de Liège, na Bélgica, utilizou o instrumento FORS, montado no VLT, para estudar 93 quasares que se sabia formarem enormes grupos espalhados ao longo de milhares de milhões de anos-luz, e que são observados quando o Universo tinha cerca de um terço da sua idade atual.

“A primeira coisa estranha em que reparámos foi que alguns dos eixos de rotação dos quasares estavam alinhados uns com os outros - apesar destes quasares se encontrarem separados de milhares de milhões de anos-luz,” disse Hutsemékers.

A equipa foi mais longe e investigou se estes eixos de rotação estariam de algum modo ligados, não apenas entre si, mas também com a estrutura a larga escala do Universo nessa altura. Quando os astrónomos observaram a distribuição de galáxias em escalas de milhares de milhões de anos-luz, descobriram que estes objetos não se encontram uniformemente distribuídos, mas formam uma rede cósmica de filamentos e nodos em torno de enormes vazios onde as galáxias são mais escassas. Este intrigante arranjo de matéria é conhecido por estrutura a larga escala.

Os novos resultados do VLT indicam que os eixos de rotação dos quasares tendem a posicionar-se paralelamente às estruturas de larga escala, nas quais se encontram, ou seja, se os quasares se encontram num filamento comprido, os spins dos seus buracos negros centrais apontarão na direção do filamento. Os investigadores estimam que a probabilidade destes alinhamentos serem simplesmente um resultado aleatório é menor que 1%.

“A correlação entre a orientação dos quasares e a estrutura a que pertencem é uma importante previsão dos modelos numéricos de evolução do Universo. Estes dados dão-nos a primeira confirmação observacional deste efeito, em escalas muito maiores do que o que tem sido observado até à data em galáxias normais,” acrescenta Dominique Sluse do Argelander-Institut für Astronomie em Bona, Alemanha, e Universidade de Liège.

A equipa não conseguiu observar de forma direta os eixos de rotação ou os jactos dos quasares. Em vez disso, foi medida a polarização da radiação emitida por cada quasar e, para 19 deles, encontrou-se um sinal polarizado significativo. A direção desta polarização, combinada com outras informações, pôde ser utilizada para deduzir o ângulo do disco de acreção e consequentemente a direção do eixo de rotação do quasar.

“O alinhamento nos novos dados, em escalas ainda maiores do que as atuais previsões das simulações, poderá indicar que ainda falta um ingrediente nos nossos modelos do cosmos atuais,” conclui Dominique Sluse.

10 maravilhas do Universo

10 - A hipervelocidade de algumas estrelas: Existem estrelas na Via Láctea que viajam à velocidade de 3,2 milhões de quilómetros por hora. Pensa-se que podem ter sido ejectadas do buraco negro que está no centro da nossa galáxia.

9 - As balas de gás: Os buracos negros disparam por vezes balas de gás que se movem a um quarto da velocidade da luz e que podem atingir dezenas de milhões de graus centígrados.

8 - As ondas de rádio da galáxia M82: Um objecto ou astro desconhecido emite desde esse conjunto de estrelas ondas rádio nunca antes ouvidas no Universo. O objecto ou astro move-se a uma velocidade quatro vezes mais rápido do que a luz.

7 - O Grande Vazio: Existem actualmente 27 regiões vazias no universo conhecido, mas esta é a maior região do espaço conhecido onde não existe nada, nem matéria normal nem matéria negra. Mede 1 bilião de anos-luz de comprimento e situa-se no hemisfério galáctico norte.

6 - Sagitarius B: É uma nuvem inter-estelar que contem 10 biliões de biliões de biliões de litros de álcool. O álcool formou-se no interior das estrelas e está lentamente a formar uma maré gigante naquela região do espaço.

5 - O asteróide/cometa P2010/A2: O cometa tem uma cauda em X e o próprio asteróide situa-se fora do seu rasto de poeira, algo nunca antes visto.

4 - O "planeta" PSR J1719-14386: É um corpo celeste 18 vezes mais denso do que a água. Tão sólido como um planeta, provavelmente constituído em diamante, esse "astro é na realidade o núcleo cristalizado de um estrela anã branca, que orbita em torno do pulsar PSR J11719-1438 (estrelas de neutrões em rotação rápida), este último originado numa estrela que explodiu em supernova.

3 - Electricidade espacial: Descoberto na galáxia 3C303, a 2 biliões de anos-luz de nós, o fenómeno eléctrico atravessa 150 mil anos-luz dessa galáxia e estima-se ter 10'18 amperes, o equivalente a um trilião de relâmpagos, o que a torna a maior corrente eléctrica jamais registada.

2 - Os buracos brancos: Pensa-se ser o oposto de um buraco negro. Em vez de sugar matéria e luz como os buracos negros, os buracos brancos não deixam entrar nada e expelem grandes quantidades de enegria. Uma teoria diz que podem estar na origem de um fenómeno como o Big Bang. A mesma teoria já foi avançada para os buracos negros.

1 - O maior objecto do Universo conhecido: É um aglomerado (cluster) de 73 quasares com 4 biliões de anos-luz de comprimento, ou seja, 40 mil vezes maior do que a nossa galáxia. É tão vasto que desafia a lógica de todas teorias científicas actuais.