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GLAST: EXPLORANDO OS EXTREMOS DO UNIVERSO

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Observat rio do CDCC - USP/SC Sess o Astronomia GLAST: EXPLORANDO OS EXTREMOS DO UNIVERSO por Luiz Henrique GLAST A miss o GLAST da NASA uma sociedade entre a ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: GLAST: EXPLORANDO OS EXTREMOS DO UNIVERSO


1
(No Transcript)
2
Observatório do CDCC - USP/SC
Setor de Astronomia (OBSERVATÓRIO) (Centro de
Divulgação da Astronomia - CDA) Centro de
Divulgação Científica e Cultural -
CDCC Universidade de São Paulo -
USP http//www.cdcc.sc.usp.br/cda Endereço Av.
Trabalhador São-carlense, n.400 São
Carlos-SP Tel. 0-xx-16-3373-9191
(Observatório) Tel. 0-xx-16-3373-9772
(CDCC) e-mail cda_at_cdcc.sc.usp.br LocalizaçãoLat
itude 22 00' 39,5"S Longitude 47 53' 47,5"W
3
(No Transcript)
4
Sessão Astronomia
As Sessões Astronomia são palestras proferidas
pela equipe do Setor de Astronomia todos os
sábados às 21h00. Iniciadas em 1992, foram
criadas com o objetivo de falar sobre Astronomia
ao nosso público em uma linguagem simples e
acessível a todas as faixas etárias. Estas
palestras se tornaram uma opção de diversão e
informação para a comunidade local e também para
visitantes de nossa cidade. Os temas abordados
são os mais variados possíveis. O material
multimídia contido aqui consiste numa opção
audiovisual complementar que o professor do
Sistema de Ensino pode utilizar como auxílio às
suas aulas. O conteúdo das Sessões Astronomia
pode ser acessado no seguinte endereço http//www
.cdcc.sc.usp.br/cda/sessao-astronomia/ Crédito do
logo Sessão Astronomia, CDCC-USP/SC, criado por
André Fonseca da Silva
5
GLAST EXPLORANDO OS EXTREMOS DO UNIVERSO
  • por Luiz Henrique

6
Título GLAST explorando os extremos do
Universo Autor Luiz Henrique Vale Silva Data da
Apresentação Prévia Data da Apresentação Apresen
tador Luiz Henrique Vale Silva Resumo/ABSTRACT
Trataremos do GLAST, um telescópio destinado a
fazer observações em raios X e raios gama, partes
bastante energéticas do espectro eletromagnético,
do qual faz parte também a luz pela qual vemos os
objetos. Objetos de estudo do telescópio serão
processos tanto teóricos quanto aqueles já
conhecidos pela cumunidade científica, sem contar
posssíveis surpresas que a nova tecnologia pode
descobrir. Entre os processos temos desintegração
de matéria escura, explosões de miniburacos
negros, interação de grandes explosões ou da luz
com as dimensões extras do espaço, jatos de
buracos negros supermassivos, magnetares
(estrelas de nêutrons supermagnetizadas) e as
GRB's, exposões de raios gama.
7
GLAST
  • A missão GLAST da NASA é uma sociedade entre a
    astrofísica e a física de partículas,
    desenvolvida em colaboração com o Departamento de
    Energia dos Estados Unidos, juntamente com
    importantes contribuições de instituições
    acadêmicas e parceiros na França, Alemanha,
    Itália, Japão e Suíça o lançamento do GLAST é
    presentemente planejado para não antes do que 16
    de maio de 2008, na estação espacial do Cabo
    Canaveral, localizada na costa leste da Flórida,
    estado norte-americano.

8
Finalidade
  • estudar raios gama
  • Matéria escura
  • Miniburacos negros
  • Supernovas
  • Buracos negros
  • Magnetares
  • GRB's.

Raios gama são originados de processos
extremamente energéticos e violentos, em escala
microscópica ou macroscópica
9
Finalidade estudar raios gama
  • O GLAST destina-se a estudar os raios X duros
    (isto é, de altas energias) e os raios gama. As
    fontes são diversas processos (teóricos) com
    matéria escura, explosões (teóricas) de buracos
    negros, eventos (teóricos) com supernovas, jatos
    de buracos negros (imagem), magnetares, GRB's,
    etc. estas citadas serão vistas adiante.

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E o que são raios gama?
11
A visão do GLAST
  • Ondas de rádio, microondas, luz (visível), raios
    UV, etc. são diferentes manifestações de um mesmo
    fenômeno físico. Todos eles são ondas e
    (portanto) são caracterizadas por um comprimento
    (que pode ser dado em metros) ou por uma energia
    (usualmente dada em elétrons-volt) próprios. Uma
    outra manifestação são os raios gama, objeto de
    estudo do GLAST. Temos uma faixa de energias que
    ainda não foi estudada por nenhum telescópio o
    GLAST irá mudar este quadro (área rosa
    tracejada), estudando também a mesma região (em
    rosa) a que o CGRO tinha acesso (em azul).

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Instrumentação LAT
13
Instrumentação LAT
  • Um dos instrumentos do GLAST é o LAT (Large Area
    Telescope), que recebe os raios gama e troca-os,
    através de uma das chapas de conversão, por um
    par partícula / anti-partícula (elétron /
    anti-elétron (o mesmo que pósitron)), que têm
    suas trajetórias registradas pelos detectores do
    orientador e suas energias determinadas através
    do calorímetro, na base do instrumento. Assim,
    determinam-se a direção do raio gama coletado (e
    a partir disto infere-se uma origem para ele) e
    sua energia.
  • Diferentemente do também telescópio de raios
    gama EGRET, a bordo do CGRO, o GLAST determina as
    (que é análogo aos telescópios que usamos aqui no
    observatório, com a diferença de estarmos
    interessados, com estes de raios gama, num tipo
    diferente de luz, que não é visível) fontes de
    raios gama com precisão.
  • O LAT é composto de dezesseis colunas unitárias,
    dispostas numa matriz 4x4 e a tecnologia foi
    originalmente desenvolvida para aceleradores de
    partículas.
  • O escudo anti-coincidência previne a coleta de
    dados de sinais espúrios, os raios cósmicos
    (partículas carregadas a velocidades próximas à
    da luz). Um software baseado na direção de
    chegada elimina os raios gama de origem na
    atmosfera terrestre.

14
Instrumentação GBM
15
Instrumentação GBM
  • O GBM (GLAST Burst Monitor) trabalha com raios X
    e raios gama de baixa energia e destina-se
    principalmente ao estudo das GRB (que veremos
    adiante). Ele é baseado em dois conjuntos de
    instrumentos um que trabalha em mais baixas
    energias (com 12 unidades) e outro em mais altas
    (com 2 unidades). Os de baixa energia estão
    espalhados pelo instrumento, voltados para
    diferentes direções do espaço, e detectam sinais
    através da luminescência que os raios produzem em
    um material específico ele estabelece a origem
    dos raios por um método de triangulação, isto é,
    a partir dos detectores que foram excitados e dos
    tempos em que isso ocorreu. Os de alta energia
    estão posicionados em lados opostos da nave, e
    cobrem um curto pedaço do céu. Juntos, os dois
    conjuntos de aparelhos do GRB mais o LAT cobrem
    mais de 107 ordens de energia (veja o slide "A
    visão do GLAST"), potências que vão desde
    (aproximadamente) 104 até 1011.

16
Por que o GLAST é um telescópio espacial?
17
Por que o GLAST é um telescópio espacial?
  • Note da figura que a nossa atmosfera absorve
    radiações gama, raios X, raios UV (atmosfera
    superior), a maior parte do infravermelho (no
    qual nós emitimos, por sermos quentes! - gases
    atmosféricos) e ondas de rádio de comprimento de
    onda grande. Nestes casos, deve-se fazer
    invariavelmente observações do espaço, fora da
    nossa atmosfera, para observar estas radiações.
    Para a luz visível existe certa distorção
    atmosférica, é em parte devido a isto que as
    imagens do Telescópio Espacial Hubble têm tanta
    qualidade.
  • No entanto, note no slide "A visão do GLAST" uma
    região dos raios gama chamada "abrangência dos
    telescópios terrestres" isto porque os raios
    gama altamente energéticos produzem, ao atingir a
    nossa atmosfera, um efeito de chuveiro de
    partículas, causadas pela transformação de parte
    da energia dos raios em matéria.

18
O Universo aos olhos do GLAST
SIMULAÇÃO!!
19
O Universo aos olhos do GLAST
  • Se você tivesse visão de raios gama veria esta
    imagem na simulação do potencial do satélite
    GLAST (após um ano de operação, ter-se-ia estas
    fontes de radiação gama). A imagem é uma projeção
    do céu, tendo no centro o núcleo da nossa
    galáxia, a Via Láctea. A faixa horizontal
    brilhante mostra a radiação gama do disco da
    galáxia, revelando principalmente os raios
    cósmicos que forçam passagem através das
    moléculas do gás interestelar. A maioria dos
    milhares de pontos brilhantes são buracos negros
    supermassivos em núcleos de galáxias distantes.
    Além desses aspectos, podem surgir sinais de uma
    nova física.

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Área de pesquisa Matéria Escura
21
Fontes Matéria Escura
  • O que é matéria escura? Analisando-se a
    velocidade da periferia de uma galáxia ou as
    velocidades das galáxias de um aglomerado de
    galáxias, mede-se certa massa que, contudo, não
    condiz com a quantidade de massa esperada pela
    observação haveria uma matéria "invisível" aos
    nossos olhos, como alguns cientistas acreditam,
    justamente portanto escura.
  • A matéria escura, porém, pode não ser
    completamente escura, mas integrar processos de
    desintegração nos quais ocorreria emissão de luz.
    Tais processos ocorreriam entre duas partículas
    de matéria escura, porque ela pode ter a
    propriedade de ser sua própria anti-matéria, como
    alguns especulam.
  • Com suas observações, o GLAST talvez possa
    afirmar a existência, não provada ainda (existem
    outras teorias), da matéria escura.

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Há a possibilidade de detecção direta pelo GLAST
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Detecção direta
  • Devido aos movimentos da Terra, haveria um vento
    de matéria escura incidindo sobre o GLAST.
    Eventualmente, uma partícula de matéria se
    chocaria com um átomo dos instrumentos e seria
    rebatida. O átomo ricochetearia em outros,
    aquecendo o material (embora muito pouco).
    Também, poderia ionizar outros átomos, isto é,
    retirar elétrons de seus vizinhos no processo
    inverso, ocorreria emissão de luz, que, após
    amplificação, poderia ser medida por
    instrumentos.
  • Contudo, existem problemas práticos relacionados
    a radioatividade sempre existente (dos materiais,
    e no caso de detectores de solo, da própria
    Terra) nos materiais e aos raios cósmicos, que
    estão sendo combatidos e/ou driblados.

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Área de pesquisa Miniburacos Negros
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Miniburacos Negros
  • Há uma previsão teórica segundo a qual buracos
    negros poderiam "evaporar" de acordo com um
    processo que pode ser explicado de uma forma
    aparentemente simples pares virtuais (isto é,
    sem existência "exata") de partícula e
    anti-partícula poderiam aparecer espontaneamente
    no vácuo, para em seguida se aniquilarem
    contudo, nas proximidades de um buraco negro, se
    apenas a anti-partícula for engolida pelo buraco,
    a partícula poderia estar livre para fugir.
    Macroscopicamente, é como se o buraco negro
    evaporasse, perdendo energia no processo, por ter
    a anti-partícula energia negativa.
  • Esse processo seria lento demais para ser
    significativo em buracos negros grandes, mesmo
    depois de muito tempo, mas como as energias das
    partículas emitidas são tanto maiores quanto
    menor o buraco, seria significativo em buracos
    negros pequenos, tanto mais quanto mais velhos.
  • Como quanto maior a energia da partícula emitida
    mais o buraco negro diminui, o processo acabaria
    por fazê-lo explodir, isto é, emitir muito
    rapidamente muita energia.
  • Se buracos negros pequenos o suficiente foram
    produzidos no início do Universo, estariam
    explodindo nos dias de hoje, e o GLAST terá a
    oportunidade de observar um processo que
    estabelece uma forte ligação entre a mecânica
    quântica e a gravidade. (SAB, jan. 2008.)

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Área de pesquisa Dimensões extras do espaço
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Dimensões extras do espaço
  • Há teorias na Física (não comprovadas) que
    estabelecem dimensões extras do espaço, além do
    tempo e das três do espaço que sentimos
    diretamente também, especula-se que a gravidade
    seja mediada por partículas chamadas de
    grávitons. Talvez, uma modalidade dos grávitons
    possa sentir estas outras dimensões. Explosões de
    supernova poderiam transferir energia para esses
    grávitons, chamados de Kaluza-Klein, que
    decairiam em outras partículas, principalmente em
    raios gama.
  • O GLAST fará medições com maior sensibilidade que
    o telescópio Egret, e certamente com maior
    freqüência, e no final poderá até inviabilizar as
    versões das teorias de dimensões extras. (SAB,
    jan. 2008.)

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Área de pesquisa Violações da Relatividade
Restrita
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Violações da Relatividade Restrita
  • Um dos postulados da teoria da relatividade
    restrita é a constância da velocidade da luz no
    vácuo, isto é, a luz possui a mesma velocidade em
    todas as direções no vácuo, independente do
    movimento da fonte. Em algumas versões da Teoria
    da Gravidade Quântica (que ainda não foram bem
    estabelecidas), contudo, o espaço-tempo de
    pequena escala pode ser uma espuma e fazer com
    que efetivamente a velocidade da luz mude de
    valor. O efeito deve ser tanto mais perceptível
    quanto maior for a energia da luz.
  • Para uma fonte muito distante, a pequena variação
    da velocidade da luz pode produzir efeitos
    apreciáveis quando medimos a diferença nos tempos
    de chegada entre dois raios de luz, ou dois
    fótons, as partículas de luz.
  • É uma grande qualidade do GLAST ser capaz de
    detectar raios de luz de energias tão distintas,
    que sofrem em maior ou menor escala o efeito
    teorizado.
  • A descoberta de um efeito como esse, se for
    comprovado que é independente da fonte, poderá
    fornecer uma pista fundamental para a estrutura
    do espaço-tempo e para a escala de interação da
    gravidade quântica (a escala em que ela, em
    desenvolvimento teórico, é perceptível). (SAB,
    jan. 2008.)

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Área de pesquisa Jatos de Buracos Negros
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Jatos de Buracos Negros
  • Devido a alta intensidade da gravidade de um
    buraco negro, ele é capaz até mesmo de destruir a
    coesão de uma estrela e fazê-la espiralar ao
    longo de um disco em direção a ele. Neste
    processo, o gás que compunha a estrela se aquece
    muito, por atrito. Em dado momento, a pressão que
    esse gás produz é tão alta que parte dele
    consegue escapar de ser engolida pelo buraco,
    saindo em jatos opostos, perpendicularmente ao
    disco de poeira produzido pelos gases da estrela
    destruída. Os astrofísicos acreditam que os jatos
    surgem ao longo do eixo de giro de um buraco
    negro em rotação e se alimentam da energia
    rotacional dele.
  • O jato de partículas a altíssimas velocidades
    colide com fótons de baixa energia, acelerando-os
    até a radiação gama.
  • As observações do GLAST poderão dar respostas às
    várias perguntas ainda existentes sobre tais
    jatos. Como eles permanecem tão colimados, isto
    é, retos e bem direcionados, por um espaço tão
    grande (inclusive centenas de milhares de
    anos-luz)? Onde a radiação gama é produzida?, etc.

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Área de pesquisa Magnetares
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Magnetares
  • Algumas estrelas são extremamente densas (cem
    milhões de toneladas por centímetro cúbico),
    constituindo as chamadas estrelas de nêutrons,
    nas quais a matéria interior se apresenta como
    nêutrons (talvez quarks também?), um dos
    componentes do núcleo de um átomo, em geral. Um
    pulsar é uma estrela de nêutrons que gira a uma
    altíssima velocidade, emitindo pulsos de rádio,
    mais freqüentemente (também poderiam ser pulsos
    de luz visível), a intervalos regulares. Já um
    magnetar é uma estrela de nêutrons com um campo
    magnético (como o que orienta as bússolas na
    Terra) extremamente alto, que sofre distorções,
    liberando energia, e também quebra localmente a
    coesão da estrela, no sentido de romper sua
    crosta sólida, o que também libera bastante
    energia.
  • Além disso, a matéria pode ser muito acelerada
    por tais campos, muito mais do que qualquer de
    nossos aceleradores de partículas, e podem
    acontecer reações incomuns com partículas perto
    da superfície destes objetos, com emissão de
    raios gama.

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Área de pesquisa GRB's
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GRB's
  • GRB's são explosões de raios gama que já há um
    bom tempo desafiam a comunidade científica.
    Acontecem com freqüência e, devido à sua
    distribuição aleatória pelo céu, acredita-se que
    sejam de origem extra-galáctica. A respeito de
    sua natureza, do que as causam, acredita-se que
    dois processos estejam envolvidos o nascimento
    de buracos negros através de hipernovas e a
    fundição de estrelas de nêutrons e/ou buracos
    negros. Estas diferentes origens dariam origens a
    GRB's distintas, com durações diferentes
    inclusive.
  • As GRB's são um dos principais motivos da
    existência do satélite GLAST.

36
E o desconhecido...
?
37
E o desconhecido...
  • Além de tudo, poderemos entrar em contato com
    coisas ainda totalmente desconhecidas...

38
FIM
39
Bibliografia
  • Revistas da Scientific American Brasil e
    Astronomy Brasil e
  • Site oficial da missão GLAST www.nasa.gov/glast.

40
e-mail luizvalesilva_at_gmail.com
  • GLAST explorando os extremos do Universo
  • Por Luiz Henrique Vale Silva
  • Monitor do CDA e aluno do curso de bacharelado em
    Física do IFSC - USP
  • São Carlos, fevereiro - março de 2007.
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