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terça-feira, 10 de maio de 2016

O Maravilhoso Cosmos (e seus fantásticos neutrinos...)


Supernova (SN) 1987A (próximo da Nebulosa da Tarântula), captada pelo Observatório de Astronomia Anglo-Australiano.

Elementos cósmicos, combinações entre si e toda a sequencial energia que envolve estes elementos num vasto e algo complexo processo pelo qual esses elementos foram criados, infere que todo o Cosmos é perfeitamente um manancial de vida em supra inteligência de força matriz acima de todas as coisas. Algo o move, algo o induz e projecta em fusão nuclear atómica impressionante. Quem o fez, quem o liderou, quem o motivou ou mesmo quem o iniciou, são questões ainda por responder. Ou não. Indomável é a mente que assim pensa...
Suspeita-se então de algo muito superior, de algo muito intransponível ou quiçá transcendente às nossas tão distantes mentes ou ignotas sapiências de ciências ainda por inventar.

Nós, Humanos, homens e mulheres que tentam a todo o custo saber mais ou chegar mais longe nessa distinta aprendizagem sobre de que é feito o nosso maravilhoso Cosmos (fazendo-nos reduzir não só a nano partículas subatómicas ou a microrganismos terrenos de insignificância comprovada...) temos também a audácia - e talvez o deslumbramento - de tentar descobrir mais, observar mais, reconhecer e regurgitar em nós um pouco dessa tão eloquente magia cósmica que nos rodeia. E mesmo que nesta não toquemos nem alcancemos tão rapidamente quanto o desejaríamos em séculos próximos, haverá sempre a ambição, a elevação ou o sopesar de todas essas condições sobre o que ainda não compreendemos. Mas não desistimos de lá chegar, se não em viagem, pelo menos em estudo e análise e cumprimento de fazermos parte deste grande todo que é o Universo. E que, desde a mais bela estrela ao mais ínfimo neutrino, todos, mas todos, são elementos principais de um Todo do qual também nós, Humanidade, fazemos parte. Ou não será...???


Galáxia mais brilhante até hoje descoberta: Galáxia CR7.

Ingredientes Cósmicos
O conhecimento da composição dos Planetas ajuda a compreender como evoluem. Os ingredientes fundamentais de tudo o que existe no Universo, incluindo as Estrelas e os Planetas, são os elementos químicos. Cada Elemento é composto por um único tipo de átomos, eles próprios compostos de Protões (partículas de carga positiva), Electrões (partículas de carga negativa) e Neutrões (partículas electricamente neutras).

Os Neutrões situam-se no interior do núcleo de um átomo, mas não determinam a sua identidade química. Todavia, quando presentes em números diferentes nos átomos do mesmo elemento, dão lugar a diferentes Isótopos.

O Número de Protões e de Neutrões de um elemento determina assim a sua massa atómica. O Hidrogénio é o elemento mais simples, consistindo normalmente num Electrão e num Protão. É também o elemento mais leve, com uma Massa Atómica de 1. Se houver números diferentes de neutrões nos núcleos, resultam daí Isótopos com diferentes números de massa. Por exemplo, o Deutério, é um isótopo do hidrogénio com um protão e um neutrão no seu núcleo; tem portanto uma Massa Atómica de 2.


Big Bang: a controversa teoria da criação do Universo...

A Criação do Universo
A extrema simplicidade e a abundância dos átomos de hidrogénio no Universo, terão levado os Físicos a concluir que todos os restantes elementos se formaram primordialmente a partir de átomos de hidrogénio que foram criados no decurso do tão falado Big Bang. Para que isso acontecesse - isto é, para os átomos de hidrogénio sofrerem as transformações nucleares adequadas para dar origem a elementos com massas atómicas maiores - foram necessárias temperaturas e pressões muito elevadas.

O Processo pelo qual esses elementos foram criados envolve a Fusão dos Núcleos Atómicos Leves para criar núcleos mais pesados. De cada vez que se dá a Fusão Nuclear, é libertada uma grande quantidade de energia; também se podem produzir outras partículas como Electrões ou Núcleos de Hidrogénio.

Sabe-se que existem estas condições nas profundezas de certos tipos de Estrelas, e que é aí que novos elementos estão então a ser efectivamente criados. Numa estrela com uma massa equivalente à do Sol, o elemento-Hidrogénio pode «entrar em combustão» para formar Hélio, que tem dois protões e dois electrões. Isso exige temperaturas da ordem dos 10 milhões de graus K.

Estrelas mais Maciças apresentam temperaturas e pressões ainda mais elevadas nos seus núcleos e nelas o Hélio funde para formar Carbono (6 protões e 6 neutrões); este, por seu turno, pode combinar-se com mais Hélio para formar Oxigénio (8 protões e 8 neutrões) e assim sucessivamente.
Deste modo, podem produzir-se vários elementos. Se uma Estrela for suficientemente maciça, pode eventualmente tornar-se instável reflectindo-se numa gigantesca explosão - Supernova - podendo inclusive ejectar os elementos para o Espaço Interestelar.

Os Elementos muito Pesados, como o Chumbo, também se formam no interior das estrelas por uma série de processos ainda não inteiramente compreendidos.


O Misterioso Anel da Supernova 1987A... (imagem da NASA/ESA/HST/STSnI, captada pelo telescópio espacial Hubble).

Associações e Combinações
Muitos elementos químicos associam-se para formar moléculas. Entre estas contam-se moléculas muito móveis que se chamam: Voláteis.
A Água, o Dióxido de Carbono e o Dióxido de Enxofre são voláteis importantes! Tendem assim a constituir gases estáveis a temperaturas bastante baixas (menos de 300º C).

Outras Combinações de Elementos produzem minerais como aqueles que compõem as rochas, a maioria dos quais são Silicatos. Tendem então a solidificar a temperaturas bastante elevadas (450-1200º C). Elementos como o Alumínio ou o Cálcio (que se combinam com o oxigénio para formar silicatos), chamam-se: Litófilos.
O Zinco, o Chumbo e a Prata são litófilos. Elementos como o Ouro e o Níquel, que tendem a não formar compostos, chamam-se: Siderófilos.

Os Voláteis e os Silicatos encontram-se nos meteoritos, pequenos corpos cósmicos que podem apresentar grandes similaridades com os primeiros corpos sólidos que se desenvolvem na nebulosa solar. Isto sugere que, numa fase muito precoce da História do Sistema Solar, havia uma grande variedade de matéria disponível para a formação dos Planetas e que, tanto as partículas de temperatura elevada como as de temperatura baixa, estavam (ou estariam...) muito bem misturadas.

Na imagem acima referida, observa-se a Supernova (SN) 1987A. Captada pelo prestigiado telescópio espacial Hubble, da NASA, a imagem revela-nos um anel de gás em expansão em redor dos restos da Supernova. A Estrela Gigante Azul Original estava a 155.000 anos-luz da Terra.

Os Resíduos muito juntos deixados pela catastrófica explosão, surgem então na área avermelhada no centro do anel. Contudo, ainda se regista um certo mistério e subsequente desconhecimento do que leva a originar estes ímpares anéis no centro da Supernova. Tem-se gerado uma certa especulação também sobre os mesmos, na inclusa referência de jactos que emanam de uma estrela densa que sobram da Supernova, assim como vigas em super-posição de dois ventos estelares, ionizados pela Explosão da Supernova. Há ainda a referir que, muitos dos elementos que compõem os Planetas, foram formados neste tipo de explosões.


A Maravilhosa Imagem que Hubble nos dá sobre a SN 1987A.

Para melhor compreensão (e mnemónica) em esquema:

1 - Nebulosa Proto-Estelar.
2 - Fase Luminosa de uma Estrela com a massa do Sol.
3 - Fase na Sequência Principal.
4 - Fase de Expansão.
5 - Fase de Gigante Vermelha.
6 - Fase de Contracção.
7 - Fase de Anã-Branca.
8 - Estrela de 10 Massas Solares.
9 - Fase de Supergigante.
10 - Supernova.
11 - Estrela de Neutrões.
12 - Estrela de 30 Massas Solares.
13 - Fase de Supergigante.
14 - Supernova.
15 - Buraco Negro.


O Mundo Fantástico do Universo...

Os Neutrinos e as recentes descobertas...
Estes nossos amigos cósmicos têm dado muito que falar ultimamente. Sabendo-se que se trata de Matéria Escura Exótica Quente (porque viaja a uma velocidade próxima da luz) - os Neutrinos - são deste modo compostos de partículas que certos cientistas defendem possuírem massa e outros não.

O Neutrino é referenciado como Partícula Elementar com massa negligenciável ou ausente e sem carga. Prosseguindo as investigações destinadas a esclarecer se os neutrinos possuem ou não massa, empreende-se que a Matéria Escura Fria compreende partículas maciças de fraca interacção (PMFI). Estas possuem massas relativamente grandes, viajam relativamente devagar e interagem francamente com a Matéria Bariónica «normal».

Muitas experiências entretanto foram efectuadas neste contexto na tentativa de detectar a Massa do Neutrino e das PMFI, sem resultados concludentes; até ao momento em que dois eminentes Físicos por tal se debruçaram com evidente êxito, reivindicaram que sim, os neutrinos possuem de facto massa! São eles: o Japonês, Takaaki Kajita (n. 1959), da Universidade de Tóquio, no Japão, e o Canadiano, Arthur Mc Donald (n. 1943), professor emérito da Queen`s University, no Canadá.


Cosmos: um todo que é mais, muito mais do que se imagina à priori...!

Os Neutrinos têm Massa!
Os Neutrinos são produzidos nas reacções que envolvem a Interacção Nuclear Fraca e transportam o excesso de energia da reacção. Praticamente não reagem com as Partículas Bariónicas e postulou-se que são efectivamente Matéria Escura.

Sendo então verdade que se identificam como Matéria Escura do Universo, foi necessário reconhecer no mundo da Física e da Astrofísica (por parte de todos estes cientistas) que de facto podia ser substancial a afirmação - e prova - de que os Neutrinos teriam massa. Algo que não escapou a estes dois prestigiados Físicos do planeta que entretanto se viram galardoados (em 2015) com o Nobel da Física em prémio e prestigio máximos de ambos terem feito a «Descoberta das Oscilações dos Neutrinos que possuem uma massa», tendo este sido revelado ao mundo pela Real Academia das Ciências Sueca, em Estocolmo (Europa).

Surgidos então do Big Bang - os Neutrinos - acontecem sempre que uma estrela morre numa grande explosão (Supernova), provindo outros  da Interacção de Radiações Cósmicas com a atmosfera terrestre, de reacções das Centrais Nucleares ou ainda de Desintegrações Radioactivas Naturais.
Contudo, a maioria dos que chegam à Terra, são criados nas Reacções Nucleares que decorrem no interior do Sol!

O Modelo-padrão das Partículas da Física estipula então que exista 3 tipos de Neutrinos. São eles: Os Neutrinos do Electrão, os Neutrinos do Muão e os do Tau. Segundo os teóricos, cada um tem uma partícula «parceira» com carga eléctrica - respectivamente, o Electrão, o Muão e o Tau, sendo estas duas últimas mais pesadas que o electrão e com um tempo de vida muito curto.


Neutrinos no Laboratório (simulação/ilustração) para melhor compreensão em descrição fantástica do Modelo-padrão.

Neutrinos no Laboratório...
O Departamento de Física e Astrofísica da Universidade de Northwestern, em Chicago, nos EUA, emoldurou com graça e distinção o Modelo-padrão (mais o gravitão) em que cada personagem-partícula ou desenho, reflecte o comportamento real da partícula representada.
As experiências agora efectuadas pelo mundo inteiro (neste caso específico pelo Grupo Figueroa, da Universidade de Northwestern), derivadas da descoberta das Oscilações dos Neutrinos que possuem massa, revelam que uma nova perspectiva da Física está já a ser executada em larga escala, supondo que não se possa ainda descriminar outras teorias concorrentes.

Este grupo refere ainda que existem provas da Física além do Modelo-padrão, estando já a aplicar esta nova tecnologia de Detector de Física de Neutrinos, numa espécie de novo canal de medição, especificamente para medir corrente elástica Neutrino-Núcleo de distensão (ou espalhamento - CEvNS). Sabe-se que esta equipa está já a desenvolver um intenso programa nesta área (sem se entrar aqui em grandes pormenores devido à complexidade da experiência) para que tal se possa efectuar.


O Cosmos e as experiências dos cientistas...

Os Nobel da Física e as suas experiências...

"Quando por acaso um Neutrino colide com um núcleo atómico ou um electrão nestas grandes massas de água (o que acontece muito raramente), isso gera um clarão de luz que pode então ser detectado pelos milhares de «olhos» electrónicos que estão à espreita - dia e noite -  em redor destas piscinas.
                                                     - Afirmação dos cientistas Takaaki Kajita e Arthur Mc Donald -

Retornando aos medalhados e honradamente notificados com o Nobel da Física no ano 2015, Kajita e Mc Donald reportaram-se por duas grandes experiências que tinham por fundo objectivos diferentes: A do Super-Kamiokande, tanque com 50.000 toneladas de água muito pura e 11.000 detectores de luz a toda a volta, construído a 1000 metros de profundidade numa antiga Mina de Zinco - a 250 quilómetros de Tókio, no Japão (em 1996); o outro, o Observatório de Neutrinos de Sudbury (SNO), sendo um tanque com 1000 toneladas de água pesada (variante química da água) rodeada de 9500 detectores e, situado a 2000 metros de profundidade numa antiga Mina de Níquel, em Ontário, no Canadá.

Juntas, estas duas experiências permitiriam confirmar a Mudança de Identidade dos Neutrinos, com profundas ou quiçá revolucionárias implicações para o mundo da Física! (Alegação dos cientistas em questão). E, como já se referiu, tendo estas duas grandes experiências objectivos diferentes, a do Super-Kamiokande em detectar Neutrinos do Electrão e Neutrinos do Muão, vindos das interacções dos raios cósmicos com a atmosfera e, a do SNO, no Canadá, no detectar Neutrinos vindos do Sol, ambas permitiriam mostrar que os Neutrinos mudavam efectivamente de tipo no seu percurso até aos detectores.

No caso do Super-Kamiokande, no Japão, os cientistas constataram que o Número de Neutrinos do Muão detectados variava, em função da direcção da qual provinham essas partículas. Mais precisamente, o Número de Neutrinos do Muão detectados que vinha da atmosfera, logo por cima da Mina, era duas vezes maior do que o número vindo do outro lado da Terra (correspondendo, no primeiro caso, a uma viagem de umas dezenas de quilómetros e, no segundo, de quase... 13.000 km)!


Que futuro para a Humanidade no profundo Cosmos...?

Para onde seguirão as Estrelas...?
Saberemos disso um dia...? Não o sei. Mas gostaria. De seguir caminhos, estradas do Céu ou trilhos não terrestres sobre este magnânimo e frutuoso Cosmos de todos nós; terrestres e não só. Ser-se único, ser-se solitário na crença, na ideologia ou mesmo na abordagem que se faz sobre estes temas é, antes de mais, ser-se incauto ou autista em maior escuridão do que a a intensa e quiçá infindável massa escura do Universo, incluindo os Neutrinos - com massa ou sem ela.

Somos todos feitos de luz. Somos todos feitos de estrelas, tal como tantos cientistas já o admitem na mais interior essência cosmológica que faz de nós, humanos, apenas um, de outros tantos que de energia, partículas e vida bacteriana se compõem, na Terra e fora dela. E o Cosmos é disso cúmplice. E o Cosmos é o nosso berço, a nossa enxada e a nossa meada de vida, aqui, na Terra. O Céu espera por nós e nós, só temos de nos deixar conduzir...

Cientificamente, nada mais a acrescentar por hoje, por muito que ainda haja a dizer sobre este fantástico e mui maravilhoso mundo cósmico que só agora se nos abre como flor em estação primaveril, num acordo de entendimento, compreensão, estudos e descobertas que o Universo nos sugere.

A Humanidade florescerá, se o souber merecer e engrandecer com experiências, análise - e se possível conclusões - sobre o mundo que nos rodeia além a Terra, além o próprio Cosmos. Como diria Carl Sagan: « A Vida é apenas uma visão momentânea das maravilhas deste assombroso Universo, e é triste que tantos se desgastem sonhando com fantasias espirituais».
Talvez seja verdade... talvez seja apenas a sua verdade, ainda que fantasiar seja bom, pelo tanto que do Cosmos nos vem e nos dita um dia o irmos encontrar...!