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Colocando a teoria da relatividade especial em prática

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Colocando a teoria da relatividade especial em prática

A teoria da relatividade geralmente inclui duas teorias inter-relacionadas de Albert Einstein: a relatividade especial publicada em 1905 e a relatividade geral publicada em 1915. A relatividade especial se aplica a todos os fenômenos físicos na ausência de gravidade. A relatividade geral explica a lei da gravitação e sua relação com outras forças da natureza.

A teoria da relatividade foi desenvolvida por Albert Einstein no início do século 20 devido à incapacidade da física clássica de explicar algumas observações. Tem dois componentes, a relatividade especial e a relatividade geral.

A relatividade especial é baseada nos conceitos básicos de uma velocidade constante da luz e os eventos físicos devem parecer iguais para todos os observadores e se aplicar a todos os fenômenos físicos sem gravidade significativa. A relatividade geral é a ideia de que tempo e espaço são dois aspectos do espaço-tempo, e o que consideramos gravitacional é a deformação do espaço-tempo.

Os cientistas que estudam o universo têm uma filosofia favorita conhecida como “Princípio da Média”, que, em essência, sugere que não há nada realmente especial sobre a Terra, o Sol ou[{” attribute=””>Milky Way galaxy compared to the rest of the universe.

Now, new research from the University of Colorado at Boulder (CU Boulder) adds yet another piece of evidence to the case for mediocrity: Galaxies are, on average, at rest with respect to the early universe. Jeremy Darling, a CU Boulder astrophysics professor, published this new cosmological finding on May 26, 2022, in the journal Astrophysical Journal Letters.

Thousands of Galaxies Hubble Space Telescope

This image made from a composite of September 2003 – January 2004 photos captured by the NASA/ESA Hubble Space Telescope shows nearly 10,000 galaxies in the deepest visible-light image of the cosmos, cutting across billions of light-years. Credit: Image courtesy of NASA, ESA, S. Beckwith (STScI), HUDF Team

“What this research is telling us is that we have a funny motion, but that funny motion is consistent with everything we know about the universe—there’s nothing special going on here,” said Darling. “We’re not special as a galaxy or as observers.”

Roughly 35 years ago, researchers discovered the cosmic microwave background, which is electromagnetic radiation left over from the universe’s formation during the Big Bang. The cosmic microwave background appears warmer in the direction of our motion and cooler away from the direction of our motion.

From this glow of the early universe, scientists can infer that the Sun—and the Earth orbiting around it—is moving in a certain direction, at a certain speed. Researchers find that our inferred velocity is a fraction of a percent of the speed of light—small, but not zero.

Jeremy Darling

Astrophysics professor Jeremy Darling studies galaxy evolution, massive black holes, star formation, and cosmology. Credit: University of Colorado at Boulder

Scientists can independently test this inference by counting the galaxies that are visible from Earth or adding up their brightness. They can do this thanks largely to Albert Einstein’s 1905 theory of special relativity, which explains how speed affects time and space. In this application, a person on Earth looking out into the universe in one direction—the same direction that the Sun and the Earth are moving—should see galaxies that are brighter, bluer, and more concentrated. Similarly, by looking in the other direction, the person should see galaxies that are darker, redder, and spaced farther apart.

But when investigators have tried to count galaxies in recent years—a process that’s difficult to do accurately—they’ve come up with numbers that suggest the Sun is moving much faster than previously thought, which is at odds with standard cosmology.

“It’s hard to count galaxies over the whole sky—you’re usually stuck with a hemisphere or less,” said Darling. “And, on top of that, our own galaxy gets in the way. It has dust that will cause you to find fewer galaxies and will make them look dimmer as you get closer to our galaxy.”

Darling was intrigued and perplexed by this cosmological puzzle, so he decided to investigate for himself. He also knew there were two recently released surveys that could help improve the accuracy of a galaxy count—and shed light on the velocity mystery: one called the Very Large Array Sky Survey (VLASS) in New Mexico, and the other called the Rapid Australian Square Kilometer Array Pathfinder Continuum Survey (RACS) in Australia.

“I love the idea that this basic principle that Einstein told us about a long time ago is something you can see. It’s a really esoteric thing that seems super weird, but if you go out and count galaxies, you could see this neat effect. It’s not quite as esoteric or weird as you might think.” — Jeremy Darling

Together, these surveys allowed Darling to study the entire sky by patching together views from the northern and southern hemispheres. Importantly, the new surveys also used radio waves, which made it easier to “see” through the dust of the Milky Way, thus improving the view of the universe.

When Darling analyzed the surveys, he found that the number of galaxies and their brightness was in perfect agreement with the velocity researchers had previously inferred from the cosmic microwave background.

“We find a bright direction and a dim direction—we find a direction where there are more galaxies and a direction where there are fewer galaxies,” he said. “The big difference is that it lines up with the early universe from the cosmic microwave background and it has the right speed. Our cosmology is just fine.”

Because Darling’s findings differ from past results, his paper will likely prompt various follow-up studies to confirm or dispute his results.

But in addition to pushing the field of cosmology forward, the findings are a good real-world example of Einstein’s special relativity theory—and they demonstrate how researchers are still putting the theory into practice, more than 100 years after the famed physicist first proposed it.

“I love the idea that this basic principle that Einstein told us about a long time ago is something you can see,” Darling said. “It’s a really esoteric thing that seems super weird, but if you go out and count galaxies, you could see this neat effect. It’s not quite as esoteric or weird as you might think.”

Reference: “The Universe is Brighter in the Direction of Our Motion: Galaxy Counts and Fluxes are Consistent with the CMB Dipole” by Jeremy Darling, 26 May 2022, Astrophysical Journal Letters.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac6f08

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Estamos tentando decifrar os planos em constante mudança da SpaceX para a Starship na Flórida

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Estamos tentando decifrar os planos em constante mudança da SpaceX para a Starship na Flórida
Mais Zoom / A torre Starship da SpaceX (à esquerda) no Complexo de Lançamento 39A supera a plataforma de lançamento do foguete Falcon 9 (à direita).

Há duas maneiras de ler o anúncio da FAA de que iniciará uma nova revisão ambiental do plano da SpaceX de lançar o foguete mais poderoso do mundo a partir da Flórida.

A Administração Federal de Aviação disse em 10 de maio que planeja desenvolver uma declaração de impacto ambiental (EIS) para a proposta da SpaceX de lançar naves estelares do Centro Espacial Kennedy da NASA, na Flórida. A FAA ordenou a revisão depois que a SpaceX informou a agência reguladora sobre a taxa de lançamento esperada da espaçonave e o projeto da infraestrutura terrestre necessária no Complexo de Lançamento 39A (LC-39A), a plataforma de lançamento histórica anteriormente usada para as missões Apollo e do ônibus espacial. .

Avaliações ambientais duplas

Enquanto isso, a Força Espacial dos EUA está supervisionando um sistema eletrônico de informação semelhante à proposta da SpaceX de assumir a plataforma de lançamento na Estação da Força Espacial de Cabo Canaveral, alguns quilômetros ao sul do LC-39A. Essa plataforma de lançamento, chamada Space Launch Complex 37 (SLC-37), tornou-se disponível para uso depois que o último foguete Delta da United Launch Alliance foi lançado lá em abril.

Por um lado, estes As revisões ambientais geralmente levam algum tempo Isso poderia eclipsar a meta de Elon Musk de ter locais de lançamento de espaçonaves na Flórida prontos para serviço até o final de 2025. “Alguns anos não seriam uma surpresa”, disse George Nield, consultor da indústria aeroespacial e ex-chefe do Escritório do Administração da Aviação Federal. Transporte espacial comercial.

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Outra forma de analisar os recentes anúncios da FAA e da Força Espacial relativamente às revisões ambientais pendentes é que a SpaceX parece finalmente estar a solidificar os seus planos para lançar naves espaciais a partir da Florida. Esses planos mudaram pouco nos últimos cinco anos.

As revisões ambientais culminarão em uma decisão sobre a aprovação das propostas da SpaceX para o lançamento da Starship no LC-39A e SLC-37. A FAA passará então por um processo de licenciamento separado, semelhante à estrutura usada para autorizar os três primeiros lançamentos de teste da Starship no sul do Texas.

A NASA tem contratos com a SpaceX no valor de mais de US$ 4 bilhões para desenvolver uma versão humana da Starship para pousar astronautas na Lua para o primeiro de dois pousos lunares Artemis no final desta década. Para fazer isso, a SpaceX deve criar um depósito de combustível na órbita baixa da Terra para reabastecer o módulo lunar da nave estelar antes de seguir para a Lua. Serão necessários uma série de voos de navios-tanque da Starship – talvez de 10 a 15 voos – para encher o depósito com combustível criogênico.

O lançamento de tantas espaçonaves ao longo de um ou dois meses exigiria que a SpaceX girasse entre pelo menos duas plataformas de lançamento. Funcionários da NASA e da SpaceX dizem que a melhor maneira de fazer isso é lançar naves estelares de uma plataforma no Texas e outra na Flórida.

No início desta semana, Ars conversou com Lisa Watson Morgan, que dirige o programa de pouso lunar da NASA. Ela esteve no Centro Espacial Kennedy esta semana para instruções sobre o módulo de pouso Starship e um módulo de pouso concorrente da Blue Origin. Um dos tópicos foi uma nova revisão ambiental conduzida pela Administração Federal de Aviação (FAA) antes que a espaçonave pudesse ser lançada do LC-39A, disse ela.

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“Eu diria que estamos fazendo tudo o que podemos para levar o cronograma até onde ele precisa estar, e estamos trabalhando com a SpaceX para garantir que seu cronograma, o cronograma EIS e a NASA funcionem em paralelo, tanto quanto possível, para atingir nossos objetivos”, disse ela. “Quando você coloca isso no papel como está, parece que pode haver alguns pontos difíceis, mas eu diria que estamos trabalhando coletivamente nisso.”

Oficialmente, a SpaceX planeja realizar um ensaio de pouso lunar para a espaçonave no final de 2025. Esta será uma demonstração completa, com missões de abastecimento, um pouso não tripulado da espaçonave na superfície lunar e, em seguida, uma decolagem da Lua, antes que a NASA se comprometa. para colocar pessoas a bordo da espaçonave na missão Artemis III, atualmente programada para setembro de 2026.

Portanto, você pode ver que os prazos já estão apertados para a demonstração do pouso da Starship na Lua se a SpaceX ativar suas plataformas de lançamento na Flórida no final do próximo ano.

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Físicos finalmente confirmam as previsões surpreendentes de Einstein sobre buracos negros: ScienceAlert

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Físicos finalmente confirmam as previsões surpreendentes de Einstein sobre buracos negros: ScienceAlert

Os mecanismos detalhados de como a matéria cai num buraco negro vinda de fora do horizonte de eventos foram revelados num novo artigo de investigação.

Tal como previsto pela teoria da gravidade de Einstein, chega um ponto em que a matéria deixa de orbitar o buraco negro e cai diretamente para baixo, precipitando-se rapidamente para além do ponto sem retorno.

Agora, com dados de raios X de um buraco negro ativo, finalmente vimos evidências da existência desta “zona de subducção”.

“A teoria de Einstein previu esta queda recente, mas esta é a primeira vez que conseguimos provar que isso aconteceu.” diz o físico teórico Andrew Mummery Da Universidade de Oxford, no Reino Unido.

“Pense nisso como um rio se transformando em uma cachoeira – até agora, estivemos olhando para o rio. Esta é a nossa primeira visão de uma cachoeira.”

A matéria que entra em um buraco negro não segue uma linha reta. Ele gira, como água rodopiante, subindo inexoravelmente pelo ralo. Esta não é uma analogia inútil: a comparação é adequada, uma vez que os cientistas usam águas turbulentas para estudar os ambientes que rodeiam os buracos negros.

Via Láctea com MAXI J1820+070 marcada com uma cruz branca. Inserção: dados do Chandra mostrando o buraco negro piscando em 2018. (NASA/CXC/Université de Paris/M. Espinasi et al./banstars)

Estudar os próprios buracos negros é um pouco difícil, porque o espaço-tempo distorcido ao seu redor é muito extremo.

Mas há décadas, o trabalho teórico de Albert Einstein previu que a matéria, a uma certa distância de um buraco negro, já não seria capaz de seguir uma órbita circular estável e cairia a direito – como a água pela borda desse mesmo ralo.

Não há razão para acreditar que este não seja o caso – a matéria tem de cruzar o horizonte de eventos de alguma forma, e a teoria da gravidade de Einstein resistiu a um escrutínio geral – mas o que os astrofísicos não têm certeza é se o faremos ou não. capaz de detectá-lo.

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O trabalho de Mummery e seus colegas teve múltiplas partes. Um desses experimentos foi desenvolver simulações e modelos numéricos que visualizam a área submersa para revelar que tipo de luz ela emite. Em seguida, precisavam de evidências observacionais contendo as mesmas emissões na zona baixa.

O buraco negro em questão foi encontrado num sistema a cerca de 10.000 anos-luz de distância, chamado MAXI J1820+070. Este sistema contém um buraco negro com uma massa de cerca de 8,5 vezes a massa do Sol – e uma estrela companheira binária, da qual o buraco negro retira material à medida que os dois objetos giram, alimentando-se em rajadas. Aparece como um flash de raios X.

Os astrónomos têm monitorizado este buraco negro para compreender melhor o seu comportamento, para que os investigadores tenham acesso a dados de alta qualidade obtidos através de raios-X. Nustar E O mais bonito Instrumentos em órbita baixa da Terra. Eles se concentraram em particular na explosão ocorrida em 2018.

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Estudos anteriores indicaram que existe um brilho adicional detectado nas observações desta explosão completamente inexplicável.

a Estudo 2020 Ele especulou que este brilho poderia ter origem na órbita circular mais interna, a zona de mergulho. Mummery e os seus colegas estudaram este brilho com especial cuidado e descobriram que correspondia à emissão que derivaram das suas simulações.

Os investigadores dizem que isto finalmente confirma a existência da região que afunda, sem sombra de dúvida, dando-nos uma nova sonda do intenso sistema gravitacional na região fora do horizonte de eventos do buraco negro.

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“O que é realmente emocionante é que existem muitos buracos negros na galáxia, e agora temos uma nova e poderosa técnica para estudar os campos gravitacionais mais fortes conhecidos.” Mamãe diz.

“Acreditamos que isto representa um novo e excitante desenvolvimento no estudo dos buracos negros, permitindo-nos estudar esta região final que os rodeia.

Só então poderemos compreender completamente a força da gravidade. “Esta gota final de plasma ocorre na borda do buraco negro e mostra a resposta da matéria à gravidade no seu nível mais forte possível.”

A pesquisa foi publicada em Avisos mensais da Royal Astronomical Society.

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Um planeta do tamanho da Terra foi encontrado orbitando uma estrela próxima que sobreviverá ao Sol por 100 bilhões de anos

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Um planeta do tamanho da Terra foi encontrado orbitando uma estrela próxima que sobreviverá ao Sol por 100 bilhões de anos

Os astrónomos descobriram um planeta do tamanho da Terra que é banhado por tanta radiação que a sua atmosfera já foi erodida há muito tempo, deixando-o vazio. A vida como a conhecemos não poderia existir neste mundo quente, mas os astrónomos estão interessados ​​nela por outra razão: pela primeira vez, poderão ser capazes de estudar o Universo. geologia Para um planeta fora do nosso sistema solar.

Recém-descoberto Exoplaneta, chamado SPECULOOS-3 b, é um planeta rochoso a cerca de 55 anos-luz da Terra. Ele orbita a sua estrela hospedeira a cada 17 horas, mas os dias e as noites neste planeta são infinitos. Os astrónomos suspeitam que o planeta está ligado à sua estrela, tal como a Lua está à Terra. O único lado diurno sempre está voltado para a estrela, enquanto o lado noturno está preso na escuridão eterna.

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